3Д принтер кто изобрел: История создания SLA-технологии

Содержание

История создания SLA-технологии

Слава к изобретателю Чаку Халлу (Chuck Hull), родившемуся в 1939 г. в Клифтоне, Колорадо, пришла с опозданием на 30 лет. Однажды мартовской ночью 1983 года он вытащил сонную жену из постели, чтобы показать ей свое новое изобретение: ему удалось напечатать небольшой стаканчик из черного пластика новым способом, который он назвал стереолитографией.

В попытках изобрести новое устройство, с помощью которого можно было бы изготавливать небольшие пластиковые предметы, Халл проводил целые ночи и выходные. Тогда он еще не знал, что станет первооткрывателем технологии 3D-печати, изобретения, которое сейчас меняет способы создания буквально всего — от игрушек до инструментов, используемых в космической отрасли, и органов человеческого тела. Возможности применения его изобретения практически безграничны. Но чтобы разглядеть то, что мы сегодня называет будущим, человечеству понадобилось три десятилетия.

Первые идеи зародились в голове Халла еще в начале 1980-х годов.

В то время он работал в Южной Калифорнии в компании Ultra Violet Products, которая производила смолу ультрафиолетового отверждения для покрытия мебели. Однажды Халл обратился к своему начальнику с идеей: он хотел попробовать наложить несколько сотен слоев пластика один поверх другого и с помощью ультрафиолета придать им разные формы. Но чтобы превратить кусок слоистого пластика в настоящий трехмерный объект, ему необходимо было оборудование, причем высокопроизводительное. Халла как технолога расстраивало то, как много времени требовалось на изготовление даже небольших опытных образцов из пластика, поскольку ему приходилось ждать месяцы, чтобы протестировать новые технические решения.

Материал, меняющий состояние: из жидкости в твердое вещество

Халлу не разрешили заниматься изобретением в рабочие часы, но ему выделили небольшую лабораторию, где он и воплотил свой замысел в жизнь. Через год неустанной работы он разработал систему, которая позволяла воздействовать ультрафиолетом на емкость с материалом, называемым фотополимером.

Этот материал переходит из своего естественного — жидкого — состояния в твердое под действием ультрафиолетовых лучей. Таким образом он мог создавать форму, продолжая накладывать слои, пока объект не будет готов.

Халл рядом со стереолитографическим 3D-принтером 3D Systems. Фото: European Patent Office

Чтобы принтер знал, какую форму печатать, Халлу пришлось самому написать программный код. Из-за этого в самом начале принтер мог создавать только очень простые фигуры. Однако к середине 1980-х годов система была доработана, став коммерческим изделием. Халл запатентовал свое изобретение в 1986-м и в том же году основал первую компанию по выпуску 3D-принтеров — 3D Systems. Первый принтер поступил в продажу через год. Но поскольку из-за веса устройство сложно было брать с собой на презентации, Халл подготовил небольшие видеоролики для демонстрации руководству компаний его возможностей.

С самых первых дней своего существования компания пользовалась умеренной популярностью, особенно среди автопроизводителей. Вскоре General Motors и Mercedes-Benz начали применять технологии 3D Systems для производства и испытания промышленных образцов, что позволило им ускорить технологический процесс, сэкономив целые месяцы. Однако весьма скромный успех изобретения мало волновал его создателя. Еще тогда Халл сказал своей жене, что для усовершенствования и осознания возможностей 3D-технологий человечеству потребуется от 25 до 30 лет, но в конечном итоге его изобретению будет отведена важная роль. И он оказался прав в своих прогнозах. Терпение стало его лучшим союзником.

Дом, построенный с помощью принтеров

Что же произошло за последние годы, когда технология совершила революционный прорыв? «Все дело в точности, — объяснил изобретатель в своем интервью CNN. — Когда материал переходит из жидкого состояния в твердое, он может сжиматься и поэтому деформироваться. Но поскольку его химический состав был значительно улучшен, теперь деформаций практически не происходит. Улучшились и физические свойства материалов, раньше они легко ломались.

Сегодня в нашем распоряжении есть по-настоящему хорошие, прочные пластиковые материалы».

Протез, изготовленный методом 3D-печати. Фото: 3D Systems

Благодаря усовершенствованию материалов и технологий, а также снижению цен (сегодня цены на принтеры начинаются от 1200 евро) появилась целая трехмерная вселенная бесконечных возможностей. Сегодня на 3D-принтере можно напечатать даже продукты питания! Группа ученых из Калифорнийского университета пытается построить целый дом с помощью 3D-принтеров. Поскольку чертежи можно найти в интернете, любой человек в любой точке мира может создать все что угодно. Такой демократичный подход породил целое движение 3D-моделистов и волну трехмерных моделей. Но из всех сфер применения 3D-печати особенно выделяется медицина. На 3D-принтерах сегодня изготавливаются протезы, лекарственные средства, ткани и даже органы. Это в корне изменило способы проведения хирургических операций и реабилитации пациентов.

Халл, на счету которого уже более 100 патентов, остается спокойным перед лицом надвигающейся бешеной популярности 3D-технологий. В 2014 году, когда ему исполнилось 75 лет, Европейское патентное ведомство вручило ему в Берлине приз как лучшему изобретателю, работающему за пределами Европы. На что он скромно ответил: «Мне, конечно, приятно получить признание моих заслуг. Я много и упорно работал, чем я и собираюсь заниматься дальше» .


Беатриc Гильен

Перевод с английского. Оригинал этого материала


Статья опубликована 08.09.2017 , обновлена 12.05.2021

3D принтер – чудо современной техники

Еще совсем недавно 3D принтер был фантазией, в которую поверить было крайне сложно. Его можно было встретить только в фильмах и книгах о будущем. Однако уже сегодня 3D принтеры не только стали реальностью, но и плотно вошли в жизнь людей. Кроме этого они доступны для всех желающих. Конечно, стоимость такого принтера достаточно высока, однако если использовать его для производства каких-либо товаров, то эта стоимость достаточно быстро окупается.

0.1. Модели изготовленные на 3D принтере

1. Что такое 3Д принтер

3D-принтер – это устройство, которое способно  выводить трехмерные данные. Другими словами, такой принтер способен создавать объемные фигуры. Каждый знаком с обычным принтером, который способен распечатывать текст или картинки. Принцип действия трехмерного принтера схож с обычным, однако 3Д принтеры создают указанные в программе трехмерные объекты. Технология трехмерной печати основывается на последовательном нанесении слоев. Для печати используется пластик, который плавиться в печатающей головке. После нанесения слоев пластик застывает и затвердевает.

Главное преимущество такой печати в сравнении с традиционными методами создания нужных моделей заключается в высокой скорости печати, простоте изготовления фигур и их низкой себестоимости. Другими словами для создания определенного объекта вручную может уйти несколько недель или даже месяц, в то время как 3D принтеры выполняют ту же работу за считанные часы, а иногда даже минуты. В результате ручной работы себестоимость изготовленной продукции сильно возрастает, так как потрачено много времени. При этом трехмерные принтеры имеют только один расходный материал – пластик, который имеет низкую стоимость.

1.1. Кто изобрел 3D принтер

Изобретателем технологии трехмерной печати и, соответственно, первого устройства для создания объемных моделей является Чарльз Хулл. Конечно, в те времена не было такого понятия как «принтер». Изобретение Чарльза Хулла имело название «Стереолитография». Технология была разработана в 1984 года, но только спустя 2 года Чарльз получил патент на изобретение. В дальнейшем изобретатель трехмерной печати основал компанию, которая получила название «3D System». В 1988 году компания начала серийное производство первой модели трехмерного станка – SLA-250.

1.2. Преимущества 3D принтеров

В результате сочетания высокой скорости производства моделей и низкой стоимости расходного материала конечная продукция имеет низкую себестоимость.

Это делает трехмерный принтер идеальным инструментом для решения определенных задач.

Еще одно преимущество трехмерной печати заключается в том, что принтеры практически не допускают ошибок в процессе изготовления модели. Это позволяет полностью исключить «человеческий фактор» на производстве.

1.3. Для чего нужен 3D принтер

Современный трехмерный принтер способен распечатывать практически любые объекты – от детских игрушек и букв, до идеальных копий производственных механизмов и моделей автомобилей и их агрегатов. Это позволяет создавать экспериментальные модели, с которыми в дальнейшем можно работать. К примеру, автомобильные компании постоянно изготавливают уменьшенные копии отдельных агрегатов автомобиля – шестерни коробки передач, головки блоков цилиндров, поршневые группы и так далее. Это позволяет наглядно изучать механизмы, работать с ними и усовершенствовать отдельные части.

Профессиональный 3D принтер – это незаменимый инструмент на любом производстве.

При помощи таких устройств создаются модели узлов и механизмов для дальнейшего изучения и улучшения. Также трехмерные принтеры используются и в строительстве. Они позволяют строительным компаниям создавать уменьшенные модели будущих зданий и целых районов. Учитывая тот факт, что модели имеют высокую точность, это позволяет наглядно работать с объектами.

Зачем нужен 3D принтер помимо использования его в промышленности? Трёхмерный принтер способен изготовить массу вещей, которые используются в повседневной жизни. К примеру, гребень для расчесывания волос, заколки, ручки, брелоки, фигурки животных для детских игр, а также различные развивающие игры для маленьких детей. Обычный бытовой 3Д принтер может стать отличным помощником в доме, так как с его помощью можно изготовить практически любую деталь или игрушку.

2. Чудо техники — 3D-принтеры: Видео

Применение 3D-печати в медицине

Технология 3D-печати появилась благодаря открытию американского изобретателя Чарльза Халла в 1983 году и постепенно распространилась по всем сферам производства.

Применять технологию в мировом здравоохранении начали с 2000-х годов. С тех пор использование трехмерной печати в медицинских целях значительно эволюционировало. Что же произошло за эти 30 лет в индустрии, какие изменения заставили ученых поверить в разрешение сложнейших вопросов медицины?

5 прорывных шагов в развитии 3D-печати

  1. Первые 3D-принтеры.

    Вскоре после оформления патента на устройство для 3D-печати, компания Халла 3D Systems выпустила в продажу первый 3D-принтер (1988 г.). В связи с высокими затратами на оборудование сначала право на использование технологии зарегистрировали крупные промышленные корпорации, но вложения быстро окупались, и трехмерную печать стали применять в архитектуре, образовании, картографии и в розничной торговле.

    История открытия 3D-печати

    В ходе изготовления небольших пластиковых деталей для будущего прототипа вместо закрепления ультрафиолетовым излучением отдельных тонких слоев фоточувствительных полимеров, Ч. Халл наложил друг на друга тысячи еще более тонких слоев пластика и на каждый такой слой нанес эпоксидную смолу, которую ранее использовал для выполнения покрытий, и уже полученную форму закрепил ультрафиолетом. В результате эксперимента стало ясно, что принцип послойного наложения и склеивания пластика позволит создавать трехмерные объекты любой формы.

  2. Технология впервые применена в медицине.

    В 1999 г. группа ученых и врачей института регенеративной медицины Уэйк Форест (США) имплантировали пациенту орган, выращенный в лаборатории на основе клеток самого пациента. Операция стала прецедентом создания с помощью компьютерной томографии и 3D-принтера точной копии органа пациента — мочевого пузыря.

  3. Создана функционирующая печень.

    Ученые института Уэйк Форест создали функционирующую печень на основе био-чернил. В этот раз они не просто напечатали базу для наложения живой ткани, а точно воспроизвели ткань печени. Хотя орган не подлежал пересадке, эксперимент стал впечатляющим подтверждением концепции печати органов и тканей.

  4. Изобретены 3D-печатные инструменты для хирургов

    С 2006 по 2014 года изобрели и ввели в практику хирургические инструменты: анатомические 3D-модели, учебные пособия, Проведена операция по реконструкции лица.

    В 2014 году хирурги из Суонси восстановили лицо мотоциклиста, который получил серьезные повреждения в дорожной аварии. Стивен Пауэр стал первым в мире пациентом с черепно-лицевой травмой, для лечения которой на каждом этапе врачи использовали 3D-печать.


С тех пор мы регулярно встречаем новости об успешных операциях по вживлению имлантатов или трансплантации костей и суставов, напечатанных на 3D-принтере. Сообщения о совместном успехе ученых, докторов и инженеров приходят из Китая, США, стран Европы.

Как развиваются технологии в России?

  • Нижегородские врачи приволжского федерального медицинского исследовательского центра (ФГБУ «ПФМИЦ» Минздрава России) в 2016 году провели две успешные операции по вживлению протезов тазобедренных суставов, напечатанных на 3D-принтере.
  • Специалисты лаборатории Томского государственного университета изобрели вариант костной ткани на основе фосфора и кальция. Ученые предположили, что созданная из костей животных ткань, а, следовательно, биосовместимая с человеческим организмом, способна со временем заменить титановые имплантаты.
  • В клинике при Санкт-Петербургском государственном педиатрическом медицинском университете успешно проводят операции с применением смоделированных органов для подготовки к вмешательству при пороках сердца. Теперь для спасения ребёнка вместо нескольких сложных операций понадобится одна — длительная, но менее рискованная.
Продумываем доступ правильный, как выбрать тактику необходимую для данной операции, выбрать тип операции. Потому что при сложных врождённых пороках сердца с непростой гемодинамикой детали имеют колоссальное значение. И правильный подход к операции будет иметь либо положительный, либо отрицательный результат. Евгений Кулемин, кардиохирург

Что такое 3D-печать?

Трехмерная печать, или аддитивные технологии, — способ производства, в котором цельные трехмерные объекты создаются путем последовательного послойного нанесения материалов. Используются пластик, металл, керамика, порошок, жидкости и даже живые клетки.

Аддитивное производство — противоположность субтрактивному производству и традиционным методам, фрезеровке и резке, где облик изделия формируется за счет удаления лишнего, а не послойного соединения материалов.

Этапы создания 3D-объекта:

  • Моделирование объекта в компьютерной программе
  • Печать
  • Пост-обработка

3 преимущества технологии:

Скорость печати, высокая точность и построение объекта в желаемой геометрической форме.

Создание сложных и анатомически точных медицинских структур и воплощение в трехмерные осязаемые объекты стало возможно благодаря переводу данных двухмерных радиографических изображений, таких как рентгеновские снимки, МРТ (магнитно-резонансная томография) или КТ-снимки (компьютерная томография) в цифровые файлы и дальнейшему преобразованию виртуальной модели в цельное трехмерное изделие.

Чем 3D-печать полезна медицине?

  • Высокая точность 3D-печати костей скелета или областей мозга с новообразованиями помогают врачам и студентам медицинских вузов изучать материал, практиковаться и планировать хирургические манипуляции.
  • Изготовление имплантатов и протезов на заказ по индивидуальным анатомическим параметрам пациента упрощает работу врача и повышает приживаемость имплантата или протеза.
  • Создание новых тканей и органов на основе клеток пациента, или биопечать, дает надежду врачам и пациентам на решение проблемы нехватки доноров и материала для пересадки органов и тканей.

    Ухо, выращенное на основе клеток пациента, в лаборатории института Уэйк Форест. Источник фото: National Geographic

За 16 лет применения 3D-печати в медицине врачи во всем мире провели сотни успешных операций, а ученые продолжают исследовать возможности технологии. Западные исследователи назвали 2016 год переломным для аддитивного производства в медицине. Об открытиях, примерах и возможных вариантах использования технологии 3D-печати в здравоохранении мы продолжим рассказывать в разделе Новости.

Какова история изобретения и создания 3D принтеров

По принципу действия существующие модели устройств для трёхмерной печати напоминают обычные струйные принтеры. Та же подвижная головка с соплами, катающаяся по гладкой штанге, только вместо чернил из форсунок поступает расплавленный полимер. Впрочем, разрабатывались и модели, в которых могли использоваться головки струйных аппаратов без изменений, но работали они за счёт подачи склеивающего специальный порошок вещества.

3D принтеры впервые возникли в 1986 году. Рабочая модель, выполненная и запатентованная в США инженером Халлом, действовала по принципу лазерной резки в структуре накладываемых слоёв. Название он получил соответствующее — Stereolithography Apparatus. Конструкция имела довольно большие размеры, но и рабочая камера позволяла выполнять крупные модели. Следующее достижение было в 1990 году за изобретателем Крампом, который разработал уже почти современный вариант трёхмерной печати путём наплавления слоёв. Метод стал возможен при использовании материала, обретающего текучесть при нагреве и быстро застывающего при понижении температуры. Но устройству, выполняющему такие функции, ещё только предстояло появиться.

Из прошлого в будущее

В серийное производство 3D-принтеры были запущены компанией Z Corporation, которая была основана двумя изобретательными студентами. Они использовали обычный струйный принтер марки Solidscape, полностью переделав печатную головку, и заставили устройство печатать трёхмерные модели. Затем был изобретён фотополимерный пластик, который затвердевал под воздействием направленного луча света, что позволило значительно ускорить работу принтеров.

Далее технологии были направлены на уменьшение конструкции, и к сегодняшнему дню бытовые модели для трёхмерной печати лишь немногим превосходят размерами обычные устройства, работающие с бумагой. А в 2008 году появился дешевый 3D принтер, получивший название «Reprap», который был способен воссоздать больше половины входящих в его комплектацию деталей. Такая возможность поддерживается в настоящее время у многих бюджетных моделей, для обеспечения ремонта при необходимости.

3D-принтер: что это и как он работает? | GeekBrains

Описание возможностей 3д принтера и история его появления.

https://gbcdn.mrgcdn.ru/uploads/post/1999/og_image/501bb6c82a53bb3bc2a0fee73b0c9e9e.png

В 2011 году принтер, который заправили биогелем, напечатал человеческую почку прямо во время конференции TED. Два года назад Adidas анонсировала новую модель кроссовок, которые печатают на 3D-принтере за 20 минут. А недавно компания Илона Маска SpaceX успешно провела испытания двигателей космического корабля, которые тоже напечатали на 3D-принтере.

В современном мире 3D-печать — это не удивительная технология будущего, а хорошо изученная реальность. Ее применяют в архитектуре, строительстве, медицине, дизайне, производстве одежды и обуви и других сферах. По запросу «3D-принтер» поисковики выдают сотни чертежей и прототипов разной сложности — от мыльницы и настольной лампы до автомобильного двигателя и даже жилого дома.  

Любой может купить принтер и напечатать чехол для смартфона, но дальше 3д печати по чертежу идут не все. В этой статье расскажем, когда появилась 3D-печать, как можно применять технологию и какие у нее перспективы.

Как появился трехмерный принтер

Не будем слишком утомлять вас датами и кратко перескажем историю 3D-печати.

Предвестник трехмерной печати. В начале 80-х доктор Хидео Кодама разработал систему быстрого прототипирования с помощью фотополимера — жидкого вещества на основе акрила. Технология печати была похожа на современную: принтер печатал объект по модели, послойно. 

Первый 3D-принтинг. Изготовление физических предметов с помощью цифровых данных продемонстрировал Чарльз Халл. В 1984 году, когда компьютеры еще не сильно отличались от калькуляторов, а до выхода Windows-95 было десять лет, он изобрел стереолитографию — предшественницу 3D-печати. Работала технология так: под воздействием ультрафиолетового лазера материал застывал и превращался в пластиковое изделие. Форму печатали по цифровым объектам, и это стало бумом среди разработчиков — теперь можно было создавать прототипы с меньшими издержками. 

Первый 3D-принтер. Источник: habr

Первый производитель 3D-принтеров. Через два года Чарльз Халл запатентовал технологию и открыл компанию по производству принтеров 3D Systems. Она выпустила первый аппарат для промышленной 3D-печати и до сих пор лидирует на рынке. Правда, тогда принтер называли иначе — аппаратом для стереолитографии.

Популярность 3D-печати и новые технологии. В конце 80-х 3D Systems запустила серийное производство стереолитографических принтеров. Но к тому времени появились и другие технологии печати: лазерное спекание и моделирование методом наплавления. В первом случае лазером обрабатывался порошок, а не жидкость. А по методу наплавления работает большинство современных 3D-принтеров. Термин «3D-печать» вошел в обиход, появились первые домашние принтеры.

Революция в 3D-печати. В начале нулевых рынок раскололся на два направления: дорогие сложные системы и те, что доступны каждому для печати дома. Технологию начали применять в специфических областях: впервые на 3D-принтере напечатали мочевой пузырь, который успешно имплантировали.

Печать тестового образца почки. Источник: BBC

В 2005 году появился первый цветной 3D-принтер с высоким качеством печати, который создавал комплекты деталей для себя и «коллег».

Как устроен 3D-принтер

В основном принтеры трехмерной печати состоят из одинаковых деталей и по устройству похожи на обычные принтеры. Главное отличие — очевидное: 3D-принтер печатает в трех плоскостях, и кроме ширины и высоты появляется глубина. 

Вот из каких деталей состоит 3D-принтер, не считая корпуса:

  • экструдер, или печатающая головка — разогревает поверхность, с помощью системы захвата отмеряет точное количество материала и выдавливает полужидкий пластик, который подается в виде нитей; 
  • рабочий стол (его еще называют рабочей платформой или поверхностью для печати) — на нем принтер формирует детали и выращивает изделия;
  • линейный и шаговый двигатели — приводят в движение детали, отвечают за точность и скорость печати;
  • фиксаторы — датчики, которые определяют координаты печати и ограничивают подвижные детали. Нужны, чтобы принтер не выходил за пределы рабочего стола, и делают печать более аккуратной;
  • рама — соединяет все элементы принтера.

Схема 3D-принтера. Источник: Lostprinters

Все это управляется компьютером.

Как создают изделия

За создание трехмерного изделия отвечает аддитивный процесс 3д-печати — это когда при изготовлении предмета слои материала накладываются друг на друга, снизу вверх, пока не получится копия формы в чертеже. Так печатают изделия из пластика. А фотополимерная печать работает по технологии стереолитографии (SLA): под воздействием лазерного излучателя фотополимеры затвердевают. Кроме пластика и фотополимерных смол, современные 3D-принтеры работают с металлоглиной и металлическим порошком. 

Печать состоит из непрерывных циклов, которые повторяются один за другим — на один слой материала наносится следующий, и печатающая головка двигается, пока на рабочей поверхности не окажется готовый предмет. Отходы печати принтер сам удаляет с рабочего стола.

Как работает 3D-чертеж

Принтер печатает изделие по 3D-чертежу: его создают на компьютере в специальной программе, затем сохраняют в формате STL. Этот файл выводят в программу резки для принтера — она помогает задать модели физические свойства изделия, например плотность. Далее программа преобразует модель в инструкцию для экструдера и выгружает ее на принтер, который начинает печатать изделие.

3D-чертеж легко сделать в домашних условиях — почитайте инструкцию на habr. 

Как запрограммировать 3D-принтер

Краткая инструкция по настройке принтера:

  1. Выбрать 3D-модель. Изделие можно нарисовать самому в специальном CAD-редакторе или найти готовый чертеж — в интернете полно моделей разной сложности.
  2. Подготовить 3D-модель к печати. Это делают методом слайсинга (slice — часть). К примеру, чтобы распечатать игрушку, ее модель нужно с помощью программ-слайсеров «разбить» на слои и передать их на принтер. Проще говоря, слайсер показывает принтеру, как печатать предмет: по какому контуру двигаться печатной головке, с какой скоростью, какую толщину слоев делать. 
  3. Передать модель принтеру. Из слайсера 3D-чертеж сохраняется в файл под названием G-code. Компьютер загружает файл в принтер и запускает 3д-печать.
  4. Наблюдать за печатью.

Можно ли применять напечатанные изделия

Зависит от качества материала, принтера и конечного изделия. Часто домашние принтеры неточно передают форму и цвет предмета. Изделия из пластика нужно дополнительно обработать: иногда они печатаются с заусенцами и дефектами и почти всегда с ребристой поверхностью. 

Изделие после и до обработки. Источник: 3D-Today

Для обработки поверхности есть несколько способов — не все подходят для домашнего применения:

  • механическая обработка — шлифовка вручную, срезание заусенцев;
  • химическая — погружение в ацетон, пескоструйная обработка, нанесение спецраствора кисточкой.  

Что можно напечатать на 3D-принтере

В интернете полно подборок с инструкциями для печати 3D-изделий. 3D-Today публикует фотографии работ владельцев принтеров, от мелких запчастей до скульптур. На «Хабре» уже три года назад постили список «50 крутых вещей для печати на 3D-принтере». Make3D написали о более масштабных проектах — печати автомобилей, оружия, солнечных батарей и протезов.

Есть ряд перспективных областей, в которых уже применяют 3D-печать.

Изготовление моделей по собственным эскизам. Константин Иванов, создатель сервиса 3DPrintus, в интервью «Афише» рассказал, что 3D-печать приведет к расцвету customizable things: любой сможет собрать и распечатать нужное изделие онлайн. Например, сделать модель робота и заказать его печать на промышленном принтере, создать и распечатать свой дизайн обручальных колец или обуви. Примеры таких проектов — Thinker Thing и Jweel. 

Быстрое прототипирование. Самая популярная область, в которой используют трехмерную печать. На 3D-принтерах делают тестовые модели протезов, прототипы лечебных корсетов, барельефов, олимпийского снаряжения.

Прототипы детских протезов, 3D-печать. Источник: 3D-Pulse

Сложная геометрия. 3D-принтер легко справляется с изготовлением моделей любой формы. Несколько примеров:

— в австралийском университете исследовали возможности 3D-принтера и напечатали табурет в форме отпечатка пальца;

— шеф-повар из Дании победил в конкурсе высокой кухни: он напечатал на 3D-принтере миниатюрные блюда сложной формы из морепродуктов и свекольного пюре;

Одно из победивших блюд шеф-повара. Источник: 3D-Pulse

— в немецком институте разработали систему для ускоренной 3D-печати — за 18 минут принтер изготавливает сложное геометрическое изделие высотой в 30 см. Обычно у принтеров уходит час на печать карманных фигурок.

Технологии 3D-печати 

Кратко об основных методах 3D-принтинга.

Стереолитография (SLA). В стереолитографическом принтере лазер облучает фотополимеры, и формирует каждый слой по 3D-чертежу. После облучения материал затвердевает. Прочность изделия зависит от типа полимера — термопластика, смол, резины. 

Цветную печать стереолитография не поддерживает. Из других недостатков — медленная работа, огромный размер стереолитографических установок, а еще нельзя сочетать несколько материалов в одном цикле.

Эта технология — одна из самых дорогих, но гарантирует точность печати. Принтер наносит слои толщиной 15 микрон — это в несколько раз тоньше человеческого волоса. Поэтому с помощью стереолитографии делают стоматологические протезы и украшения. 

Промышленные стереолитографические установки могут печатать огромные изделия, в несколько метров. Поэтому их успешно применяют в производстве самолетов, судов, в оборонной промышленности, медицине и машиностроении. 

Селективное лазерное спекание (SLS). Самый распространенный метод спекания порошковых материалов. Другие технологии — прямое лазерное спекание и выборочная лазерная плавка.

Метод изобрел Карл Декарт в конце восьмидесятых: его принтер печатал методом послойного вычерчивания (спекания). Мощный лазер нагревает небольшие частицы материала и двигается по контурам 3D-чертежа, пока изделие не будет готово. Технологию используют для изготовления не цельных изделий, а деталей. После спекания детали помещают в печь, где материал выгорает. SLS использует пластик, керамику, металл, полимеры, стекловолокно в виде порошка.

На атлете — кроссовки New Balance, которые изготовили с помощью лазерного спекания. Источник: 3D-Today

Технологию SLS используют для прототипов и сложных геометрических деталей. Для печати в домашних условиях SLS не подходит из-за огромных размеров принтера.

Послойная заливка полимера (FDM), или моделирование методом послойного наплавления. Этот способ 3d-печати изобретен американцем Скоттом Крампом. Работает FDM так: материал выводится в экструдер в виде нити, там он нагревается и подается на рабочий стол микрокаплями. Экструдер перемещается по рабочей поверхности в соответствии с 3D-моделью, материал охлаждается и застывает в изделие. 

Преимущества — высокая гибкость изделий и устойчивость к температурам. Для такой печати используют разные виды термопластика. FDM — самая недорогая среди 3D-технологий печати, поэтому принтеры популярны в домашнем использовании: для изготовления игрушек, сувениров, украшений. Но в основном моделирование послойным наплавлением используют в прототипировании и промышленном производстве — принтеры довольно быстро печатают мелкосерийные партии изделий. Предметы из огнеупорных пластиков изготовляют для космической отрасли. 

Струйная 3D-печать. Один из первых методов трехмерной печати — в 1993 году его изобрели американские студенты, когда усовершенствовали обычный бумажный принтер, и вскоре технологию приобрела та самая компания 3D Systems. 

Работает струйная печать так: на тонкий слой материала наносится связующее вещество по контурам чертежа. Печатная головка наносит материал по границам модели, и частицы каждого нового слоя склеиваются между собой. Этот цикл повторяется, пока изделие не будет готово. Это один из видов порошковой печати: раньше струйные 3D-принтеры печатали на гипсе, сейчас используют пластики, песчаные смеси и металлические порошки. Чтобы сделать изделие крепче, после печати его могут пропитывать воском или обжигать.

Предметы, которые напечатали по этой технологии, обычно долговечные, но не очень прочные. Поэтому с помощью струйной печати делают сувениры, украшения или прототипы. Такой принтер можно использовать дома. 

Эти конфеты сделали на кондитерском струйном 3D-принтере ChefJet: вместо пластика он использует воду, сахар, шоколад и пищевые красители. Источник: 3Dcream.ru

Еще струйную технологию используют в биопечати — наносят живые клетки друг на друга послойно и таким образом строят органические ткани. 

Где применяют 3D-печать

В основном в профессиональных сферах.

Строительство. На 3D-принтерах печатают стены из специальной цементной смеси и даже дома в несколько этажей. Например, Андрей Руденко еще в 2014 году напечатал на строительном принтере замок 3 × 5 метров. Такие 3D-принтеры могут построить двухэтажный дом за 20 часов.

Медицина. О печати органов мы уже упоминали, а еще 3D-принтеры активно используют в протезировании и стоматологии. Впечатляющие примеры — с помощью 3D-печати врачам удалось разделить сиамских близнецов, а кошке без четырех лап поставили протезы, которые напечатали на принтере. 

Подробнее о 3D-принтинге в медицине можно узнать в статье издания 3D-Pulse.

Космос. С помощью трехмерной печати делают оборудование для ракет, космических станций. Еще технологию используют в космической биопечати и даже в работе луноходов. Например, российская компания 3D Bioprinting Solutions отправит в космос живые бактерии и клетки, которые вырастят на 3D-принтере. Создатель Amazon Джефф Безос презентовал прототип лунного модуля с напечатанным двигателем, а космический стартап Relativity Space строит фабрику 3D-печати ракет.  

Авиация. 3D-детали печатают не только для космических аппаратов, но и для самолетов. Инженеры из лаборатории ВВС США изготавливают на 3D-принтере авиакомпоненты — например, элемент обшивки фюзеляжа — примерно за пять часов.

Архитектура и промышленный дизайн. На трехмерных принтерах печатают макеты домов, микрорайонов и поселков, включая инфраструктуру: дороги, деревья, магазины, освещение, транспорт. В качестве материала обычно используют недорогой гипсовый композит. 

Одно из необычных решений — дизайн бетонных баррикад от американского дизайнера Джо Дюсе. После терактов с грузовыми автомобилями, которые врезались в толпу людей, он предложил макет прочных и функциональных заграждений в виде конструктора, которые можно напечатать на 3D-принтере.

Изготовить прототип помогла компания UrbaStyle, которая печатает бетонные формы на строительных 3D-принтерах

Образование. С помощью 3D-печати производят наглядные пособия для детских садов, школ и вузов. В некоторых московских школах с 2016 года есть трехмерные принтеры: на уроках химии дети разглядывают 3D-модели молекул и проводят реакции в напечатанных пробирках, на физике изучают электрическую цепь на 3D-прототипе токопроводящего стенда, а еще сами печатают себе ручки на уроках ИЗО.

Узнать больше о 3D-технологиях в школах можно на сайте «Ассоциации 3D-образования». 

А еще 3D-печать помогает в быту, производстве одежды, украшений, картографии, изготовлении игрушек и дизайне упаковок.

волгоградские ученые первыми в мире изобрели 5D-принтер

Волгоград – это я

Этого не удалось даже большим умам из Siemens и Mitsubishi.

Фото: Сергей Желтов / «Городские вести»

Выпускник кафедры автоматизации производственных процессов ВолгГТУ Артем Авдеев первым в мире изобрел технологию пятиосевой 3D-печати, или проще говоря 5D-принтер. В прошлом году свою разработку Артем представил научному сообществу, а накануне на уникальный принтер  посмотрели и журналисты «Городских вестей». О том, как создавалась чудо-машина и зачем волгоградский принтер понадобился  китайцам, — в нашем материале. 

Фото: Сергей Желтов / «Городские вести»

«Продаём даже за рубеж»

На вид 5D-принтер что-то типа микроволновки: белый, квадратный, прозрачный и с дверцей. Только предназначен этот аппарат совершенно для другой «кухни». На нем запросто можно изготовить запчасти для импортной и отечественной техники, причем их стоимость обычно получается ниже, чем у покупных.

На одном столе с тридцатикилограммовым 5D-принтером расположились его предшественники – 3D-принтеры различных модификаций.

— Все они спроектированы и изготовлены студентами, выпускниками и аспирантами нашего вуза, — рассказывает руководитель Центра прототипирования ВолгГТУ кандидат технических наук Алексей Макаров. — Например этот (Алексей Михайлович показывает на аппарат с затемненным фронтальным стеклом) появился на свет в прошлом году. Его автор — студент 4-го курса Михаил Козенко. Парень еще на первом курсе начал увлекаться этим направлением работы, собрав команду сокурсников-единомышленников. Сейчас их модификация 3D-принтера запущена в серийное производство и продается даже за рубежом. В нем деталь получается более прочной, так как нагревается не только стол, на котором она стоит во время печати, но и вся камера.

Фото: Сергей Желтов / «Городские вести»

Мы поинтересовались у ученого, чем объясняется «пробел» между 3D- и 5D-принтерами. Проще говоря, почему в природе нет принтера 4D?

— Построение изделия на 3D-принтере осуществляется путем плавления пластиковой нити из катушки и выдавливания расплава через сопло, которое при этом двигается по заранее рассчитанной траектории в горизонтальной плоскости, — объясняет Алексей Макаров. — Когда заканчивается построение слоя в горизонтальной плоскости, изделие опускается немного вниз и следующий слой строится поверх предыдущего. На самом деле 4D-принтеры существуют, они добавляют определенные возможности 3D-принтерам, но имеют большое количество ограничений и не дают принципиального скачка в качестве производимых изделий.

В 5D-принтере печатающая головка может перемещаться в двух направлениях, как это было и в 3D-принтере, но вместо стола в камере имеется небольшое цилиндрическое основание, которое также может перемещаться по вертикали. Кроме этого  оно может вращаться и наклоняться. Таким образом удается строить деталь не из плоских слоев, как в обычном 3D-принтере, а из сложных пространственных траекторий. Они переплетаются, спекаются, и деталь получается прочнее в несколько раз, чем на обычном 3D принтере, и может получиться даже прочнее литой. Дополнительным «бонусом» является то, что на печать расходуется меньше сырья и времени.

Фото: Сергей Желтов / «Городские вести»

Дешево и сердито 

Ресурс цифрового принтера очень большой —  аппарат может печатать без перерыва неделями, а то и месяцами.

—  Деталь, изготовленная на нашем принтере, по себестоимости в десятки раз ниже иностранных серийных аналогов, —  говорит Макаров. —  А востребована такая продукция во многих областях, начиная от производства резиновых уплотнителей и пластиковых компонентов для любой промышленной и бытовой техники и заканчивая медициной, авиа- и ракетостроительной сферами.

Волгоградская разработка 5D-принтера – единственная в мире. Два года назад предпромышленные образцы волгоградских принтеров побывали на выставке в Германии, где произвели фурор. Китайцы прямо в выставочном зале готовы были разобрать их на детали, а затем изготовить точную копию под собственным брендом. Над проблемой многоосевой 3D-печати бьются такие гиганты мировой индустрии как Siemens, Mitsubishi и другие, но прорыв в технологии удалось совершить именно нашим политехникам, существенно опередившим западных конкурентов. Компания Siemens активно разрабатывает программное обеспечение для многоосевой печати, но в их решениях нет универсальности, простоты, прозрачности. У них для подготовки модели к печати нужен высококлассный специалист и много времени для лишь частично автоматизированной подготовки производства. А для волгоградского 5D-принтера модель к печати может подготовить даже школьник за несколько минут.

Фото: Сергей Желтов / «Городские вести»

Волгоградцы, создавшие 5D-принтер, организовали собственную компанию, которая на сегодняшний день является резидентом Сколково. Предприятие активно взаимодействует с техуниверситетом, и волгоградские студенты проходят там практику и даже ведут разработки, направленные на дальнейшее повышение качества печати, которые потом внедряются в серийные модели принтеров.

Сегодня инженеры ставят перед собой новую цель. Как пояснил Алексей Макаров, речь идет не о том, чтобы увеличивать количество осей в печатающем устройстве, хотя это тоже реально.

—  Мы работаем над тем, чтобы армировать полимерные изделия непрерывным углеволокном. Такие изделия, имея плотность около 1,1 грамм на кубический сантиметр (чуть тяжелее воды и в 3 раза легче алюминия), будут прочнее самого алюминия и некоторых алюминиевых сплавов при весьма умеренной стоимости! Это открывает еще более широкие возможности, —  говорит ученый.

Фото: Сергей Желтов / «Городские вести»

Фото: Сергей Желтов / «Городские вести»

Фото: Сергей Желтов / «Городские вести»

Не забывайте подписываться на наши новости в Яндексе, чтобы видеть их первыми.

3D принтер. Краткая история 3D-печати

1. 3D принтер

2. Краткая история 3D-печати

История создания 3Dпринтера длилась много
лет. Над разработкой
прибора трудились
лучшие умы со всей
планеты. Отцомизобретателем
трехмерной печати
является американский
инженер Чак Халл. В 1986
году он явил миру
устройство, которое
называлась несколько
сложно — “установка для
стереолитографии”.
В 1988 году Скотт Крамп изобрел
новую технологию работы с
трехмерной печати — FDM
или “моделирование путем
декомпозиции плавящегося
материала”. Именно эта технология
легла в основу 3D-принтеров,
предназначенных для
производства маленьких
предметов в небольших объемах.
Термин “3D-печать” появился
только в 1995 году
благодаря Массачусетскому
технологическому институту. В
свою очередь, понятие “3Dпринтер” официально используется
с 1996 года, когда компания 3D
Systems создала принтер Actua
2100.
Первые 3D-принтеры имели малую
мощность, медленно функционировали и
делали модели с большими
погрешностями. Только в 2005 году
появились принтеры с высоким качеством
печати. А в 2008 году был запущен
принтер RepRap, который воспроизводил
самого себя.
До 2008 года все изготавливаемые
предметы был сделаны из одного
расходного материала — пластика ABC.
Несколько лет этот материал являлся
лучшим для 3D-печати. Спустя некоторое
время компания Objet
Geometries разработала
принтер Connex500, который мог работать
с различными видами материалов
одновременно. Сейчас количество оных
перевалило за сто.
Если говорить о главной
особенности работы 3Dпринтеров, то все
продукты являются
твердотельными и
наносятся слой за слоем.
Таким образом, можно
создать практически всё,
что угодно — от посуды,
имплантатов, детских
игрушек до автомобилей.
Возможности практически
безграничны.

6. Голос

В 2013 году на выставке 3D
Printshow французский
художник Гиллес
Аззаропродемонстрировал
голос президента США Барака
Обамы, напечатанный на 3Dпринтере. Для того, чтобы
воплотить в жизнь 39секундный отрезок
выступления Обамы,
посвященный индустриальной
революции, трехмерному
принтеру пришлось пыхтеть
27,5 часов. Модель Аззаро в
точности маркировала
расположение каждого звука и
отдельных нюансов голоса
президента США

7. Посетители мероприятия могли самолично пронаблюдать за тем, как по изгибам напечатанной модели скользит луч сканера и воспроизводит голо

Посетители мероприятия могли самолично пронаблюдать за
тем, как по изгибам напечатанной модели скользит луч
сканера и воспроизводит голос Обамы.

8. Архитектура

Правительство
ОАЭ планирует напечатать на
3D-принтере офисное здание. С
инициативой
выступил Мухаммад альГергави, министр по делам
кабинета министров.
По словам чиновника,
одноэтажная постройка общей
площадью в 186 квадратных
метров будет послойно создана
на принтере высотой более 6
метров. Планируют распечатать
и предметы
интерьера. Строительство
готовятся закончить за
несколько недель.
Мухаммад аль-Гергави
отметил, что трехмерные
принтеры позволяют
сократить время
строительства на 50–70%,
а трудовые расходы — на
50–80%.
Ожидается, что в здании
разместится музей
будущего, небольшой
цифровой завод, а также
выставочная площадка,
посвященная 3D-печати.

10. Одежда

В 2013 году известный
производитель нижнего
белья Victoria’s
Secret заложил на
проведение ежегодного шоу
бюджет в 12 миллионов
долларов. Какая-то часть
финансов пошла на то, чтобы
одень центральную фигуру
шоу — американскую
модель Линдси Элингсон,
которая должна была
предстать в качестве
Снежной королевы.
Чтобы образ Элингсон был
максимально приближен к
сказочному персонажу, решено
было привлечь технологию 3Dпечати. Сначала модель прошла
процедуру сканирования. А затем
на помощь был призван Брэдли
Ротенберг из компании Shapeways,
специализирующейся на
трехмерной технологии печати. В
результате были созданы и
напечатаны крылья, корона и
прочие элементы костюма
Снежной королевы.
По словам Victoria’s Secret, такое
экстравагантное одеяние поможет
каждой женщине почувствовать
себя настоящей царицей. Что
получилось — судите сами.

12. Наркотики

Американские законы
неоднозначны. В некоторых
штатах выращивание лечебной
марихуаны легализовано, но не
всё так просто в
растениеводстве.
Желающим выращивать в
домашних условиях “травку”
собирается помочь
канадская 3Dponics,
специализирующаяся на
гидропонных системах для
сада. Компания объявила о
запуске в производство
системы, которая поможет
выращивать медицинскую
марихуану.
Согласно представленным
изображениям, установка для
лекарственного растения строится
по подобию конструктора LEGO.
Каждая часть состоит их 3 деталей:
кадки, горшка и крышки. Садоводу
необходимо лишь скачать
параметры деталей на носитель,
распечатать их на 3D-принтере и
собрать установку необходимого
размера.
После того, как система для
выращивания марихуаны собрана,
от человека требуется
периодически подливать немного
воды, чтобы урожай вырос.

14. Медицина

В 2013 году команда ученых из Китая
впервые в истории распечатала на
трехмерном принтере живые
человеческие почки. Примечательно, что
распечатанный аналог органа обладает
такими же возможностями, как и
настоящий.
“Первые в мире образцы ткани почки,
напечатанные на 3D-принтере, могут
помочь миллионам людей с
заболеваниями почек, поскольку эти
разработки олицетворяют собой новую
модель медицинских исследований и
тестирования лекарств. Более 25
миллионов людей в США страдают от
болезней почек, и их число постоянно
растет”, — говорит Мадлен Хиршан,
координатор по работе с клиентами
компании Little Dog Communications.

15. Однако медики не спешат открывать шампанское. Главной проблемой, с которой они столкнулись — низкий срок службы искусственного органа. Со

Однако медики не спешат открывать шампанское. Главной проблемой, с
которой они столкнулись — низкий срок службы искусственного органа.
Сообщается, что распечатанные почки могут служить не более 4 месяцев.
В планах китайских исследователей увеличить срок эксплуатации
прототипа до продолжительности жизни пациента.

16. Транспортные средства

Компания Korecologic в
2013
году представила автомо
биль, большая часть
деталей которого была
отпечатана на 3Dпринтере. Машина
получила название Urbee
2, которое намекает на
первое поколение таких
авто. Созданный в 2010
году, 3D-кар был
пробным шагом, чтобы
доказать миру, что
печатать транспортные
средства реально.
Многие детали Urbee
2 сделаны из прочной
пластмассы. Вес такого авто
составляет всего 500
килограмм. Автомобиль
оснащен гибридной установкой
— классическим сочетанием
бензинового мотора и пары его
электрических собратьев.
Первый отвечает за заднюю
ось, а вторые — за переднюю.
Максимальная скорость 3Dмашины составляет 112 км/ч.
Одного заряда батареи хватит
на то, чтобы проехать 64
километра.

18. Космос

В 2011 году NASA опубликовала проект
строительства лунной базы с участием
роботизированной техники. Европейское
космическое агенство пошло ещё дальше
и предложило альтернативный проект с
применением 3D-принтеров. В качестве
строительного материала ESA предлагает
использовать местный грунт — реголит. Он
достаточно рыхлый, содержит много
алюминия, железа, титана и обладает
высокой слипаемостью. Печатать
планируют на принтере DShape производства британской
компании Monolite.
Предполагается, что такой принтер будет
работать со скоростью 3,5 кубометров в
час. Таким образом, строительство
небольшого здания займет около недели.

19. Оружие

В 2012 году некоммерческая
организация Defense
Distributed анонсировала планы “создать
работающий пластмассовый пистолет,
который любой человек сможет скачать и
напечатать на 3D-принтере”. Через год в
свободный доступ был выпущен
пластиковый пистолет Liberator. Пушка
состоит всего из 16 деталей,
металлической из которых является только
одна ─ боек (делается самостоятельно из
гвоздя). Пистолет рассчитан на один
патрон калибра 9 х 17 мм, широко
распространенный в США. В свою очередь,
ствол, который можно легко заменить,
предназначен на 11 выстрелов. Согласно
проведенному эксперименту, пуля из
такого пистолета с легкостью может
пробить ткани организма и даже
раздробить череп.
Чертежи Liberator быстро
распространились в сети и
чиновники забили тревогу. Пистолет,
который можно легко напечатать в
домашних условиях, стал настоящей
угрозой для национальной безопасности.
Ведь его невозможно было обнаружить на
металлоискателях. История
закончилась принятым в ноябре 2013 года
на территории Филадельфии законом,
который запрещает изготовление
огнестрельного оружия с помощью 3Dпринтеров. Теперь печать
пистолета Liberator является законной
только для обладателей лицензии Federal
Firearms License. При условии
необратимой интеграции металлического
блока в корпус.

21. Заключение

Печать будущего уже прокралась в повседневную
жизнь. 3D-принтеры перестали казаться
диковиной, их можно купить даже домой, а
новости с полей индустрии печати не заставляют
дрожать от футуристического восторга.

22. Источники

• https://3dcorp.ru/story.html
• http://www.orgprint.com/wiki/3dpechat/istorija-3d-pechati
• http://droider.ru/post/ushlo-v-3d-pechatkaleydoskop-voploshheniy-tehnologii-20-072015/

Кто изобрел 3D-печать? Краткая история

3D-печать считается прорывной производственной технологией, которая коренным образом меняет способ проектирования и производства вещей. Он считается предвестником Индустрии 4.0. Но что послужило источником вдохновения для изобретения такой революционной технологии?

Чтобы быстро вывести на рынок новые продукты, производители хотели иметь такой же быстрый производственный процесс. Когда инженеры приступили к работе над этим проектом, одному американскому инженеру удалось изобрести технологию быстрого прототипирования.Так началась эра технологии 3D-печати.

В преддверии изобретения

Первая искра вспыхнула в 1976 году, когда был изготовлен первый в мире струйный принтер. Эта технология была уникальной для того времени и вызвала значительный ажиотаж вокруг нее. Пять лет спустя искра, зажженная струйным принтером, была замечена в статье, опубликованной доктором Хидео Кодама из Нагойского муниципального научно-исследовательского института промышленности, Япония. Эта статья была посвящена системе быстрого прототипирования (RP).Он предусмотрел систему печати двухмерных слоев модели один над другим, сплавляя их все для формирования конечного продукта.

Примерно в то же время французский исследователь Ален ле Меотэ тоже заинтересовался системой быстрого прототипирования. Он быстро объединился с дальним коллегой Оливье де Виттом и Жан-Клодом Андре, отвечающим за исследования взаимодействия света и материалов во Французском национальном центре научных исследований (CNRS). Трио зарегистрировало первый в истории патент на технологию, но они не смогли построить коммерческую систему из-за нехватки средств.

Таким образом, две многообещающие попытки не могли быть реализованы до тех пор, пока не материализовалась третья.

Отец 3D-печати

В 1983 году американский инженер по имени Чарльз Халл также заинтересовался созданием системы быстрого прототипирования. В том же году он изобрел работоспособную систему под названием Stereolithography для 3D-печати первой в мире 3D-печатной детали. В следующем году Чарльз Халл подал заявку на патент на первую в мире систему 3D-печати. Чарльз Халл начал революцию и поэтому теперь считается отцом 3D-печати.В 1986 году он основал 3D Systems, первую в мире компанию по 3D-печати, а в 1987 году выпустил первую коммерческую систему под названием SLA-1.

Другие технологии 3D-печати

В 1988 году Карл Декард, студент Техасского университета в Остине, изобрел технологию SLS. В технологии селективного лазерного спекания (SLS) используются порошкообразные полимерные материалы, которые сплавляются с помощью лазеров для формирования конечного продукта.

Примерно в то же время Скотт Крамп подал патент на моделирование методом наплавления (FDM) и стал соучредителем Stratasys Inc.

Итак, менее чем за десятилетие были изобретены три популярные технологии 3D-печати.

Краткая история

Пришло время заново пережить славную историю технологии 3D-печати.

1990-е годы – Изобретения продолжаются

В 1993 году ZCorp, компания по 3D-печати, позже приобретенная 3D Systems, изобрела технологию Binder Jetting (первоначально называвшуюся Zprinting). В том же году компания Sanders Prototype Inc. разработала восковые 3D-принтеры.(теперь известный как Solidscape). Восковый 3D-принтер нашел применение в ювелирной промышленности, и эта технология сразу же нашла покупателя.

В 90-е годы были изобретены новые технологии 3D-печати и возник ряд наиболее известных компаний, включая 3D Systems, Stratasys, EOS, Arcam (позже приобретенная GE Additive), Objet Geometries (позже приобретенная Stratasys) и DTM Corp (позже приобретенная 3D Systems).

2000-е годы – новое тысячелетие

В новом тысячелетии технология получила еще больший рост благодаря множеству приобретений лидерами отрасли для укрепления своих позиций. Эта технология получила все большее признание в сообществе медицинских исследователей, и такие возможности, как 3D-печать органов, стали повальным увлечением.

Это было то самое десятилетие, когда истекал срок действия патентов на популярные технологии, и поэтому в отрасли произошла огромная революция благодаря проекту RepRap, начатому доктором Адрианом Бойером. Эта инициатива с открытым исходным кодом демократизировала технологию, позволив людям создавать 3D-принтеры дома. Это привело к падению цен на FDM/FFF и даже SLA/DLP 3D-принтеры.

Вся заслуга в демократизации технологии 3D-печати принадлежит этому движению.

2010-е – Взлет и Падение

Волна демократизации была подхвачена почти всеми игроками, и технология была провозглашена следующей большой вещью, которую нужно иметь дома, почти как компьютер и 2D-принтер. Этот чрезмерный оптимизм привел к быстрому росту отрасли, поскольку 3D-принтеры продавались рекордными темпами, а доходы резко росли.

Эксперты предсказали, что это был цикл ажиотажа, поскольку технология была недостаточно развита для обслуживания всех типов пользователей и приложений.В конце концов, как только шумиха утихла, продажи упали, доходы резко упали, а компании закрылись.

2020-е — снова подъем

К концу 2010-х произошло небольшое возрождение, но не полное изменение состояния. Новое десятилетие принесло самый большой вызов этому поколению — пандемию COVID-19. В то время как пандемия обошлась каждой душе на планете большими потерями, остановив предприятия и операции, 3D-печать была единственной отраслью, которая продолжала существовать и со всеми ее преимуществами помогала в борьбе с пандемией.

Компании, занимающиеся 3D-печатью, как малые, так и крупные, со всего мира сотрудничали с властями в разработке, создании и массовом выпуске 3D-печатных продуктов, таких как лицевые щитки, маски для лица, вентиляторы, их компоненты и разветвители вентиляторов, тампоны из носа. и т. д. Помогая обществу, технология продемонстрировала свои возможности и потенциал во всей красе. И этот дисплей помог конечным пользователям понять важность технологии 3D-печати для выживания и поддержания текущей ситуации и, в конечном итоге, переломить ситуацию для процветания бизнеса.

Авиакосмические, автомобильные и медицинские компании взяли на себя обязательство внедрить технологию 3D-печати, чтобы возвестить новую эру устойчивого производства. Эксперты считают, что это своего рода толчок, необходимый для роста 3D-печати, и, надеюсь, 2020-е годы станут годом ее славы.

Значимые вехи 3D-печати

1983-84: Изобретение и патентование первой технологии 3D-печати Чарльзом Халлом – Stereolithography Apparatus (SLA)

1987: Коммерческая доступность SLA-1 Технология лазерного спекания (SLS)

1989: Подача заявки на патент на технологию моделирования плавленым осаждением (FDM)

1993: ZCorp изобрела Zprinting — теперь известную как технология Binder Jetting мочевой пузырь

2000: Первый в мире многоцветный 3D-принтер, изобретенный ZCorpАдриан Бойер, старший преподаватель Университета Бата

2011 г. : впервые Materialise 3D-печать золотом и серебром в Нидерландах открыт первый 3D-печатный мост

2018: ученые Университета Ньюкасла разработали первую в мире 3D-печатную человеческую роговицу

2019: израильские ученые разработали первое в мире 3D-печатное сердце из тканей человека лицевые маски, лицевые щитки, назальные тампоны, компоненты вентиляторов и т. д.для борьбы с пандемией COVID-19

Полная история 3D-печати: с 1980 по 2022 год

Некоторые настольные 3D-принтеры в настоящее время недороги — и они могут поместиться на рабочем столе или в углу кухни размером с микроволновую печь. Однако так было не всегда. На протяжении большей части истории 3D-печати эти машины были размером с небольшую палатку, стоили сотни тысяч долларов и подходили только для нишевых проектов.

Вы можете быть удивлены, узнав, что, несмотря на то, что 3D-печать выглядит как новая инновационная технология, она существует с середины 1980-х годов.То, что раньше было просто промышленными 3D-принтерами размером с небольшой кран, всего за 30 лет превратилось в потенциальное решение проблемы нехватки органов, жилищного кризиса и демократизации производства.

История 3D-печати — длинная история, и мы посчитали важным включить в нее все, что относится к последним 30 годам прогресса. Мы разделили историю 3D-печати на четыре основные части:


История 3D-печати, часть 1: 1980–1995 гг., Зарождение и ранние инновации в 3D-печати

Кто изобрел 3D-печать?

В мае 1981 года доктор Хидео Кодама из Муниципального научно-исследовательского института промышленности Нагои опубликовал подробности о методе «быстрого прототипирования».Это исследование было первым литературным произведением, описывающим послойный подход, столь характерный для 3D-печати. Его исследование включало печать фотополимеров с использованием метода, который предшествовал стереолитографии, а также говорил о поперечных срезах слоев, которые накладывались друг на друга для формирования трехмерного объекта.

Однако д-р Кодама не удовлетворил заявку на патент до установленного срока и так и не получил патент.

Однако до этого были шумы и ссылки на процесс, подобный стереолитографии, в более ранних исследованиях, датируемых 60-ми и 70-ми годами, а в колонке New Scientist 1974 года Дэвид Джонс, писавший под именем Daedalus, фактически опубликовал сатирический фрагмент, в шутку описывающий процесс SLA.

«По сути, он изобрел стереолитографию с помощью лазера, и изобрел ее в шутку. Шуточное изобретение, но оно сработало!»

— Доктор Адриан Бойер, основатель движения RepRap, которое станет важным в истории 3D-печати.
Пишет как Дедал в выпуске New Scientist от 3 октября 1974 года. Источник здесь.

Вместо этого нам пришлось ждать еще несколько лет рождения 3D-печати. Но кто изобрел 3D-печать?

1984–87: Ранняя история 3D-печати и изобретения стереолитографии

Три года спустя, в 1984 году, три французских инженера по имени Ален Ле Меотэ, Оливье де Витте и Жан-Клод Андре подали заявку на патент процесса стереолитографии.Они должны были стать пионерами нового производственного процесса, который произвел революцию в производстве!

Но не тут-то было. Трое мужчин отказались от патента вскоре после подачи заявки, сославшись на «отсутствие бизнес-перспектив». Оглядываясь назад, я уверен, что они выпотрошены.

Всего через три недели после появления французских инженеров Чарльз «Чак» Халл подал заявку на патент стереолитографии с новыми функциями, такими как формат файла STL и цифровая нарезка. В его процессе для отверждения фотополимеров использовался ультрафиолетовый свет.После подачи и получения патентов в 1986 году Чак Халл сформировал 3D Systems и выпустил первый в истории 3D-принтер SLA-1 в 1987 году. Так родилась 3D-печать.

Чак Халл с первым в мире 3D-принтером SLA-1. Многие согласны с тем, что именно Чак изобрел 3D-печать.

Таким образом, можно утверждать, что либо Чак Халл, либо доктор Кодама изобрели 3D-печать, хотя Чаку Халлу приписывают гораздо больше, и это справедливо. Идеи даются легко, их воплощение — самая сложная часть.

1988–92: Stratasys, EOS, FDM и SLS конкурируют с SLA.В 1988 году Карл Декард из Техасского университета подал патент на технологию селективного лазерного спекания (SLS). Вместо использования ультрафиолетового света SLS использовала лазер для отслеживания и отверждения слоев порошковых полимеров. Затем эта инновационная новая технология была передана в аренду компании DTM Inc.

Тогда это были скачки на трех лошадях. Скотт Крамп стал одним из основателей Stratasys в 1989 году и подал патент на моделирование методом наплавления, возможно, самую известную сегодня технологию 3D-печати. У 3D Systems и Чака Халла была фора, но конкуренты наступали ему на пятки.

Оригинальный патент FDM, выданный более 25 лет назад.

Конкуренция еще больше обострилась после основания EOS в 1989 году в Германии доктором Гансом Лангером. Немецкий гигант продолжил доминировать на рынке 3D-принтеров SLS, а также стал пионером прямого лазерного спекания металлов в середине 90-х.

После выпуска SLA-1 за несколько лет до этого Stratasys выпустила свой первый 3D-принтер FDM в 1991 году. Это было первое настоящее соревнование для 3D Systems, поскольку каждая из них имела патентные права на две совершенно разные технологии 3D-печати.Детали FDM были прочнее и химически устойчивы, но детали SLA можно было создавать быстрее и точнее. Кто вышел бы на первое место?

  • Актуальное сравнение двух технологий в их сегодняшнем виде см. в нашем сравнении FDM и SLA.
Stratasys выпустила первый 3D-принтер FDM, 3D Modeler.

В следующем, 1992 году, DTM Inc выпустила свой первый 3D-принтер SLS. Однако стоит помнить, что эти машины были гигантами, а не современными компактными и недорогими настольными компьютерами.Они конкурировали за контракты на промышленные прототипы, а не за рождественский подарок. Тем не менее игра шла. Три технологии 3D-печати, которые до сих пор являются тремя основными технологиями 3D-печати пластиком, были живы и здоровы.

1993–95: ZCorp, цветная струйная 3D-печать и созревание

Хотя ZCorp менее известна в наши дни, в начале 90-х годов ZCorp была еще одной крупной компанией, занимающейся 3D-печатью. В 1993 году Массачусетский технологический институт разработал метод 3D-печати на основе струйных принтеров, которые мы используем для печати в наших офисах на бумаге.Адаптировав эту 2D-технологию для 3D, ZCorp выпустила свой первый 3D-принтер Z Corp Z402. Первоначально эта технология называлась Zprinting, хотя сейчас этот диапазон называется цветными струйными принтерами, а сама технология известна как Binder Jetting. В первой модели для печати объектов использовались порошковые материалы на основе крахмала и гипса, а также связующее вещество на водной основе.

ZCorp Z402.

В том же году на рынок было выведено еще одно инновационное решение для 3D-печати. В 1993 году Ройден Сандерс основал Solidscape (первоначально называвшуюся Sanders Prototype Inc.), которая создала восковые 3D-принтеры. Они не создавали обычные прототипы, к которым стремились другие технологии, а вместо этого делали восковые формы. Затем эти формы использовались при литье по выплавляемым моделям для создания объектов из других, более твердых материалов. Solidscape выпустила Model Maker в 1994 году, свой первый восковой 3D-принтер, зарекомендовавший себя как фаворит среди ювелиров, создающих 3D-печатные украшения.

Менее чем за десять лет 3D-печать превратилась из причудливой идеи на листе бумаги в эффективное нишевое решение для мелкосерийного производства.Машины могли быть большими и медленными, но в 1995 году это было нормой. Тогда даже настольные компьютеры были дорогими. Однако, как мы узнаем, произошло гораздо больше.

Начало домашней 3D-печати

Доктор Бехрох Хошневис, ученый из Калифорнии, впервые представил 3D-печать больших слоев на огромных промышленных принтерах в середине 1990-х годов. Его внимание было сосредоточено на создании огромных деталей для пропеллеров самолетов или песчаных форм.

Однако перед лицом ряда стихийных бедствий он осознал потенциал технологии создания убежищ в рекордно короткие сроки и с гораздо меньшими затратами.

«В 1994 году я задумался о крупномасштабном производстве с помощью 3D-печати. Меня не устраивала скорость изготовления первых 3D-принтеров, и до сих пор они не сильно изменились в том, что касается скорости. Я знал, что нет другого способа увеличить скорость 3D-печати, кроме как увеличить высоту слоя, но если вы увеличите высоту слоя, качество поверхности пострадает.

«Итак, в 1994 году мне пришла в голову идея назвать Contour Crafting. Мой первый патент на нее был выдан в 1996 году, пару лет спустя.

Это было только начало того, что сейчас является одним из самых многообещающих приложений 3D-печати.

История 3D-печати, часть 2: 1996–2009 годы, путь к демократизации

Первые десять лет истории 3D-печати привели к рождению будущих гигантов, таких как 3D Systems, Stratasys и EOS. Тем не менее, в середине 1990-х годов они были относительной мелочью по сравнению с оценкой в ​​миллиарды долларов, которой они обладают сейчас.

1996–1998: Arcam, Objet и первый прорыв в области 3D-печати в медицине

Конец 1990-х был еще одним важным временем для вновь созданных компаний, занимающихся 3D-печатью.В 1997 году была создана компания Arcam, которая специализируется на машинах для 3D-принтеров по металлу и является единственным производителем 3D-принтеров для электронно-лучевой плавки (EBM). Кроме того, в следующем году в 1998 году в Израиле была основана компания Objet Geometries, которая представила миру свою технологию 3D-печати PolyJet.

Arcam, крупный производитель металлических 3D-принтеров, который производит 3D-принтеры для электронно-лучевой плавки, был основан в 1997 году. Это один из их текущих 3D-принтеров EBM.

Отойдя от чисто коммерческой стороны 3D-печати, в 1999 году произошло первое выдающееся достижение 3D-печати в медицинской промышленности. Ученым из Института регенеративной медицины Уэйк Форест удалось напечатать на 3D-принтере синтетические каркасы человеческого мочевого пузыря. Затем они покрыли эти каркасы клетками из ткани пациента, прежде чем эта вновь созданная ткань была имплантирована пациенту. Поскольку эта ткань была сделана из собственных клеток пациента, риск отторжения ее организмом был минимальным или нулевым, что стало важной победой 3D-печати в медицине.

1999 – 2002: 3D-печать становится многоцветной, 3D Systems берет верх над SLS

На рубеже тысячелетий в 3D-печати произошли новые вехи.ZCorp представила первый многоцветный 3D-принтер, а Objet Geometries выпустила свой первый струйный 3D-принтер в 2000 году. работающие дублеры росли в размерах и росте.

В то время это был огромный шаг, когда 3D Systems взяла под свой контроль рынок селективного лазерного спекания, приобретя DTM в апреле 2001 года. Этот шаг стоил 45 миллионов долларов и позволил 3D Systems стать лидерами рынка в двух различных технологиях 3D-печати: SLA и SLS. .Выкуп

3D Systems компании DTM означал, что они контролировали рынок как SLS, так и SLA. Это один из первых SLS-3D-принтеров DTM под эгидой 3D Systems.

2002: 3D-печатные мочевые пузыри и EnvisionTEC

3D-печатный мочевой пузырь был лишь началом биопечати и постоянной полезности 3D-печати в лечении. В 2002 году в Институте регенеративной медицины Уэйк Форест была создана напечатанная на 3D-принтере миниатюрная человеческая почка. Хотя это и не полный размер, это стало ключевым достижением в области биопечати, взволновавшим многих тем, что 3D-печатные органы могут решить проблему нехватки органов, доступных для трансплантации, и даже 3D-печатных сердец.

Компания EnvisionTEC также была основана в 2002 году и превратилась в крупную компанию по 3D-печати, продающую более 40 принтеров, которые широко используются в ювелирной, биопечатной и стоматологической отраслях.

2004–05: Начало RepRap и 3D-печати становится HD

В 2004 и 2005 годах произошло, пожалуй, самое важное событие в истории 3D-печати. Старший преподаватель Университета Бата, доктор Адриан Бойер, был вдохновлен 3D-печатью, и у него были идеи для 3D-принтеров, которые могли бы самовоспроизводиться — создавать новые версии самих себя.

«Я интересовался самовоспроизводящимися машинами с детства, я не знаю, откуда они взялись — почти 70 лет назад. Это был постоянный фоновый интерес. Хотя это не было исследовательской деятельностью, я не проводил никаких исследований самовоспроизводящихся машин.

«Они [3D-принтеры] были баснословно дорогими: самый дешевый из них, когда я начинал проект RepRap, стоил около 40 000 фунтов стерлингов, и на самом деле это был один из тех, которые мы купили в университете.Когда я посмотрел на то, как это работает, мне показалось, что можно сделать такую ​​машину по значительно сниженной цене, но моей главной целью было создать машину, которая могла бы производить большинство своих частей. Вот так и пошёл проект». — Доктор Бойер в интервью 3DSourced.

Движение под названием RepRap (сокращение от «воспроизведение быстрого прототипа») началось как инициатива в Университете Бата, но позже завоевало популярность во всем мире. Проект был с открытым исходным кодом и был направлен на распространение недорогой 3D-печати по всему миру, что привело к ее демократизации.Интерес к этим недорогим 3D-принтерам резко возрос, когда люди редактировали и возились с его проектами.

Первые машины RepRap, способные к самовоспроизведению — RepRap Darwin. Однако компания

ZCorp также намеревалась сделать 2005 год своим годом, анонсировав свой 3D-принтер Spectrum Z510. Это было не обычное ежегодное обновление с незначительно улучшенными характеристиками, а путешествие в неизвестность, которое разрушило предполагаемые ограничения 3D-печати. Z510 мог не только печатать в цвете, но и был первым 3D-принтером, способным печатать в цвете в формате HD .

2005–08: Binder Jetting, RepRap становится жизнеспособной

Также в 2005 году ExOne была создана как самостоятельная компания из Extrude Hone Corporation. ExOne станет лидером в области струйной 3D-печати Binder, способной печатать объекты в 3D как из металла, так и из песчаника. Binder Jetting может создавать полноцветные объекты из песчаника, а также металлические детали очень сложной геометрии.

В то время как корпорации били рекорды, доктор Адриан Бойер и его движение RepRap также усердно работали над более полезными целями.Выпуск 3D-принтера «Darwin» RepRap в 2008 году был огромным — принтер мог самовоспроизводиться, и теперь люди могли легко и дешево 3D-печатать дома, если у них были умеренные технологические и технические знания.

Доктор Бойер рассказывает о Вике Олливере, который использовал первый RepRap, чтобы напечатать часть себя:

«Тогда это было не очень надежно! И я не знал заранее, потому что на самом деле это сделал Вик Олливер на другом конце света! На самом деле, я не знал, что он собирается попытаться сделать это до того, как он это сделал, он сделал это, а затем разместил сообщение в блоге, и вот как я узнал об этом. Я думал wa-heyyyy ! Это сработало!»

Дарвин не был красивым, но функциональным. То, что раньше было отраслью, в которой доминировали промышленные машины размером с комнату, теперь может конкурировать с машинами, которые помещаются сверху стиральной машины.

Любой мог легко получить детали для создания своего собственного Дарвина, единственное правило заключалось в том, что если вы получали детали, вы были обязаны напечатать их на 3D-принтере для других Дарвинов для других энтузиастов. Наборы для 3D-принтеров, сделанных своими руками, будут иметь невероятное влияние.

Изображения первых самовоспроизводящихся 3D-принтеров Darwin RepRap. Доктор Адриан Бойер слева.

2008: Thingiverse и начало 3D-печатных протезов

Несмотря на широкую известность, в 2008 году был запущен небольшой веб-сайт Thingiverse, принадлежащий молодой компании Makerbot. для других, чтобы скачать бесплатно и распечатать дома. Поскольку всем нравятся бесплатные вещи, Thingiverse вскоре стала популярной. В настоящее время он входит в число 700 самых популярных веб-сайтов в США и чуть за пределами 1000 лучших веб-сайтов в мире. Сейчас на Thingiverse находится более миллиона файлов STL, которые каждый может скачать и поработать с ними.

Еще одним важным событием 2008 года стал первый протез, напечатанный на 3D-принтере. Это выдающееся достижение было усугублено тем фактом, что этот протез ноги не нужно было собирать, он был напечатан на 3D-принтере, чтобы сразу же функционировать. Это открыло многим людям глаза на то, как 3D-печать может сэкономить время и трудозатраты, поскольку полностью собранные объекты можно печатать с нуля.

Однократный характер 3D-печати также предполагал, что это будет идеальный метод для создания индивидуальных протезов и медицинских имплантатов на основе индивидуальных потребностей пациентов. Вместо обычных нескольких месяцев на изготовление протезов 3D-сканеры могут сканировать руку или ногу пациента и почти сразу же приступить к созданию протеза, который им идеально подходит.

В настоящее время тысячи добровольцев работают над созданием 3D-печатных протезов рук и рук для детей, рожденных без таковых.Проект под названием E-Nable поощряет людей печатать собственные протезы рук для раздачи, а также разрабатывать и улучшать существующие модели протезов.

Новый протез руки/запястья, напечатанный на 3D-принтере.

Наконец, в 2008 году Stratasys выпустила новый материал, совместимый с их 3D-принтерами FDM. Однако это был не какой-то материал, а материал, который был биосовместим. Это открыло двери для того, чтобы 3D-биопечать стала гораздо более доступной в ближайшем будущем.

Годы до начала 2009 года были юностью для 3D-печати.Стали доступны новые технологии, такие как электронно-лучевое плавление и струйное распыление связующего, были достигнуты успехи в медицине, и движение RepRap стало жизнеспособным.

Однако в 2009 году патентное законодательство США означало, что через несколько лет 3D-принтеры станут достаточно дешевыми, чтобы каждый мог иметь их дома, если пожелает.

Домашняя печать продвигается вперед и выходит в космос

Доктор Хошневис усовершенствовал и усовершенствовал свою домашнюю технологию 3D-печати под названием Contour Crafting.

«Нам [удалось впервые точно экструдировать бетон] примерно в 2003 году.А в 2004 году моя работа стала очень известной в New York Times… и именно тогда мир узнал о [Contour Crafting], и это вдохновило многих других заняться этим».

Однако, столкнувшись с экономической катастрофой после краха 2008 года, рынок жилья рухнул вместе с инвестициями доктора Хошневиса из отрасли.

«Поэтому мне тоже пришлось гнаться за деньгами. В 2008, 2009 годах недвижимость рухнула… а вместе с ней и строительство, и поддержка, которую я получал от промышленности, исчезла.Вот тогда я и начал думать о космосе».

Без финансирования или поддержки, но полностью уверенный в том, что Contour Crafting может изменить мир, доктор Хошневис приступил к реализации своего многопланетного видения 3D-печати.

Идея была обманчиво проста: если бы мы могли печатать бетон на 3D-принтере на Земле, можно было бы сделать адаптированную версию, которая могла бы печатать из местного лунного реголита для создания лунных (или марсианских) баз для постоянных поселений в ближайшем будущем. .

История 3D-печати, часть 3: 2009–2014 годы: срок действия патентов FDM и SLA, всемирная демократизация 3D-печати

Срок действия патента истек в период с конца 2008 года по начало 2009 года.Подумаешь, патенты все время истекают, верно? Этот патент принадлежал уже очень крупной компании Stratasys на технологию моделирования плавленых отложений.

FDM — простейшая технология 3D-печати; он включает в себя нагревание пластиковой нити до тех пор, пока она не расплавится, а затем выдавливает ее слой за слоем. Поскольку технологию можно было воспроизвести с наименьшими затратами, заинтересованные в бизнесе любители и малые предприятия с нетерпением ждали, пока патент станет общественным достоянием, чтобы они могли создавать свои собственные версии.

Двумя крупнейшими событиями в истории 3D-печати для поклонников на каждый день стала разработка 3D-принтера RepRap. Это показало, что можно создавать недорогие 3D-принтеры и что большинство деталей 3D-принтеров можно 3D-печатать на другом принтере.

Вторым событием стало истечение срока действия патента FDM. Это означало, что никто не мог построить эти дешевые 3D-принтеры без юридических проблем и задать тон невероятным достижениям в отрасли.

2009: Первые доступные 3D-принтеры FDM

Первый доступный комплект 3D-принтеров FDM был выпущен в январе 2009 года.Он назывался принтер BfB RapMan, и хотя он был первым, он не был уродливым или ужасным. Были сделаны дальнейшие итерации, и, возможно, это оказало бы большее влияние, если бы молодая компания, о которой мы упоминали ранее, не появилась три месяца спустя.

BfB RapMan, первый доступный комплект для 3D-принтера FDM.

Первый комплект 3D-принтера Makerbot DIY, выпущенный в апреле 2009 года. Makerbot были сторонниками сообщества открытого исходного кода, и их первый принтер под названием Cupcake CNC можно было полностью собрать из деталей, загружаемых с Thingiverse. Спрос резко возрос, и Makerbot пришлось просить своих клиентов помочь в создании деталей для невыполненных заказов. Makerbot стали первыми королями доступных настольных 3D-принтеров.

Первая модель Makerbot, Cupcake CNC.

Однако 2009 год был не просто годом для FDM-принтеров. Organovo, фирме, занимающейся 3D-биопечатью, удалось создать первый 3D-печатный кровеносный сосуд. Это было сделано на новом 3D-биопринтере, который показал большие перспективы для создания в будущем целых органов, таких как почки и сердце.

2009–11: автомобили, золотые украшения и подъем Ultimaker

В последние годы появились онлайн-компании, предоставляющие услуги 3D-печати, чтобы извлечь выгоду из растущего спроса на 3D-печатные детали. Эти сервисы работают, позволяя пользователям загружать модели, которые они разработали или скачали, и платить за их 3D-печать и отправку по почте. Некоторые даже позволяют пользователям продавать свои проекты на онлайн-рынке и получать за них деньги.

Такие компании, как Shapeways, Sculpteo, i. materialise, а позже и 3D Hubs, к началу 2010-х годов выросли до печати сотен тысяч деталей по запросу. Затем i.materialise попала в заголовки газет в 2011 году, когда они первыми предложили 14-каратное золото и стерлинговое серебро в качестве материалов для 3D-печати. Любой, кто спроектировал что-то на своих компьютерах дома, мог (если бы у него были достаточно глубокие карманы) напечатать свою модель в 3D из золота . Возможности для нестандартных и модных 3D-печатных украшений расширились.

Также в 2011 году Kor Ecologic выпустила первый автомобиль, напечатанный на 3D-принтере.Автомобиль под названием Urbee использует электродвигатели и проезжает 200 миль на галлоне.

Хотя Makerbot доминировал на рынке настольных 3D-принтеров с открытым исходным кодом, конкуренция ужесточалась. Ultimaker была основана в 2011 году в Гельдермальсене, Нидерланды, и выпустила первый 3D-принтер Ultimaker в марте 2011 года. Ultimaker Original был изготовлен из фанеры, вырезанной лазером, и имел огромный успех, привлекая к себе внимание.

Первый 3D-принтер Ultimaker стал хитом среди энтузиастов 3D-печати.

2012–14: Демократизация стереолитографии

Хотя срок действия первоначальных патентов на стереолитографию истек более пяти лет назад, никто еще не смог создать доступный 3D-принтер SLA. Ситуация изменилась в июне 2012 года, когда B9Creator был выпущен после сбора более 500 000 долларов на Kickstarter. B9Creator использовал технологию, аналогичную стереолитографии, называемую цифровой обработкой света (DLP), и его можно было предварительно заказать за 2375 долларов.

6 месяцев спустя игра с доступными полимерными 3D-принтерами снова изменилась, когда новый и тогда еще неизвестный стартап под названием Formlabs запустил свою кампанию Kickstarter для 3D-принтера под названием Form 1.Вы можете предварительно заказать Form 1 по цене от 2299 долларов, и, в отличие от B9Creator, в ней использовалась стереолитография. Проект мгновенно стал хитом, собрав почти беспрецедентные 2,95 миллиона долларов за 30 дней. С тех пор Formlabs выпустила 3D-принтеры SLS, модернизированный 3D-принтер SLA в Form 3, и их стоимость выросла до миллиарда долларов.

2012 – 13: Слияние Stratasys и Objet, Stratasys покупает Makerbot

С начала 2000-х компания Objet Geometries набирала силу, совершенствуя свою технологию PolyJet, позволяющую печатать в полноцветном режиме.В конечном итоге это привело к, возможно, крупнейшему приобретению в истории индустрии 3D-печати. 16 апреля 2012 года Stratasys объявила о слиянии с Objet в результате сделки с акциями, при этом Stratasys осталась выжившей компанией. Stratasys будет принадлежать 55% этой новой компании, а Objet — 45%. Эта гигантская сделка означала, что в то время новая Stratasys стоила 3 ​​миллиарда долларов.

Однако Stratasys на этом не остановилась. Несмотря на конкуренцию со стороны Ultimaker и сторонников открытого исходного кода Aleph Objects (которые производят 3D-принтеры Lulzbot), дела у Makerbot по-прежнему шли хорошо.23 июня 2013 года компания Stratasys объявила, что Makerbot стал самым новым пунктом в ее списке покупок, приобретя гиганта 3D-принтеров FDM за 604 миллиона долларов, при этом 403 миллиона долларов были выплачены авансом за акции. С тех пор все основатели Makerbot ушли, и их новейшие машины больше не имеют открытого исходного кода.

Коди Уилсон и распечатанный на 3D-принтере пистолет

Позже, в 2013 году, Коди Уилсон стал вирусной сенсацией после того, как его компания Defense Distributed разместила на своем сайте STL-файл для 3D-печати работающего распечатанного на 3D-принтере пистолета.Через три дня правительство США приказало Defense Distributed удалить конструкции, но пистолет уже был загружен более 100 000 раз.

Коди Уилсон — неоднозначная фигура в области 3D-печати, пионер 3D-печатного оружия.

Металлическая 3D-печать в последнее время стала широко обсуждаться, но до 2015 года, когда появились десятки стартапов, в отрасли доминировали несколько крупных игроков, таких как EOS, Arcam и SLM Solutions. Стремление 3D Systems к участию в секторе 3D-печати металлом привело к тому, что в июле 2013 года они приобрели французскую компанию Phenix Systems.3D Systems заплатила 15,1 млн долларов за 81% акций и интегрировала металлические 3D-принтеры Phenix в свой ассортимент продукции.

2014: 3D-печать в космосе и срок действия патентов SLS и SLA

Через несколько лет после того, как он обратил внимание на космос, д-р Хошневис выиграл главный приз НАСА, выиграв ключевой призовой фонд для дальнейших исследований.

«Мы продемонстрировали как минимум две жизнеспособные технологии. Технологии строительства вертикальных конструкций, таких как ангары, теневые стены, стены радиационной защиты, стены защиты от взрывов и горизонтальные конструкции, в частности, посадочные площадки, дороги, мы продемонстрировали возможность их создания полностью из материала на месте.

«Мы действительно построили… и продемонстрировали это, поэтому получили Гран-при от НАСА. Я надеюсь и ожидаю, что эти технологии в конечном итоге будут использоваться для планетарных миссий».

В следующем году было реализовано более полезное достижение в области 3D-печати. НАСА объявило, что они использовали 3D-принтер в космосе и создали первый 3D-печатный объект в космосе в 2014 году. Это открыло двери для будущего космического производства и возможности будущих астронавтов создавать инструменты по запросу в космосе.Если команде в космосе нужен был конкретный предмет, они могли «перенести» дизайн с Земли со скоростью света и распечатать инструмент в космосе на 3D-принтере.

2014 год был еще одним важным годом для истечения срока действия патентов, связанных с 3D-печатью. Во-первых, срок действия основного патента на SLS истек в 2014 году, а это означает, что люди, склонные к этому, могут начать разрабатывать более дешевые альтернативы. Такие компании, как Sintratec и Formlabs, работали над созданием менее дорогих 3D-принтеров SLS, которые все еще были жизнеспособны. До этого большинство SLS-машин были промышленными монстрами размером с комнату и стоили от 250 000 долларов.Эта новая волна SLS-принтеров начиналась с 5000 долларов, помогая демократизировать селективное лазерное спекание.

Срок действия патента на SLS истек в 2014 году.

Кроме того, 11 марта 2014 года истек срок действия еще одного крупного патента на 3D-печать. Хотя срок действия первоначального патента Чака Халла истек десятью годами ранее, истечение этого нового патента означало, что гораздо более инновационный процесс 3D-печати SLA теперь стал общественным достоянием. Такие компании, как Formlabs, пару лет назад запустили 3D-принтеры SLA, на которые патентообладатель 3D Systems не обратил внимания.Фактически, 3D Systems подала в суд на Formlabs в 2012 году после того, как они собрали свои 2,9 миллиона долларов на Kickstarter. В конечном итоге дело было урегулировано, и Formlabs согласилась выплачивать 8% роялти со всех продаж компании 3D Systems.

Точно так же срок действия первоначальных патентов SLA истек в 2014 году.

Хотя 3D-печать всегда была отраслью, в которой доминировали несколько крупных фирм, этот период был особенно значительным. Две первоначальные компании, 3D Systems и Stratasys, укрепили свои позиции на рынке, приобретя таких конкурентов, как Phenix, Makerbot, DTM, Objet и других.

Однако отрасль была далека от монополии. Огромное количество новых конкурентов предлагали доступные по цене машины, способные конкурировать с промышленными 3D-принтерами. Примеры включают 3D-принтеры Ultimaker, Lulzbot и Prusa на рынках настольных компьютеров и комплектов для 3D-принтеров DIY, а также Desktop Metal, Markforged и Carbon 3D в промышленном секторе. Подробнее об этих недавно упомянутых компаниях мы поговорим в следующей части.

История 3D-печати, часть 4: 2015 г. – настоящее время – 3D-печать металлом, вершина основных разработок в области 3D-биопечати и строительства

Carbon 3D и настольный металл: от 0 до 1 миллиарда долларов за 3 года

Carbon 3D была создана 11 июля 2014 год в Калифорнии, Джозеф и Филип Дезимоун. Основная технология компании была вдохновлена ​​Терминатором 2 и получила название CLIP (Continuous Liquid Interface Production). К концу 2017 года компания привлекла более 360 миллионов долларов и была оценена в 1,7 миллиарда долларов — больше, чем Stratasys и 3D Systems (обе компании резко упали в цене после того, как истерия 3D-печати в 2013–2014 годах улеглась с оценки, превышающей 3 миллиарда долларов). ранее).

Но как им это удалось?

В марте 2015 года Джозеф Дезимоун выступил с уже ставшим вирусным TED Talk о 3D-печати в 100 раз быстрее.Это очень ясно объявило миру, что Carbon 3D стоит посмотреть, смогут ли они реализовать свою технологию CLIP. Основное недовольство 3D-печати заключалось в том, что она была слишком медленной, чтобы на нее можно было полагаться как на вариант производства среднего объема. Если бы Carbon 3D действительно мог печатать намного быстрее, он мог бы конкурировать с литьем под давлением и другими процессами изготовления пластиковых деталей большого объема.

Однако они были не единственным новым стартапом в области 3D-печати, который достиг астрономических оценок и получил сотни миллионов долларов инвестиций.Другой пример — компания Desktop Metal, которая одновременно выпустила свои металлические 3D-принтеры Studio и Production System.

С момента основания в октябре 2015 года компания Desktop Metal получила более 200 миллионов долларов инвестиций, а сейчас ее стоимость оценивается более чем в 1 миллиард долларов. Интересно, что технология Desktop Metal, Bound Metal Deposition, очень похожа на FDM, только вместо этого она работает с металлом. Есть причина, по которой инвесторы Кремниевой долины (а также Ford, Google, BMW, GE и другие) требовали инвестиций — их металлические 3D-принтеры могут печатать металлом в 10 раз дешевле, чем альтернативные принтеры!

Настольный металлический 3D-принтер Metal’s Production System, их более дорогой и премиальный принтер, использует новый тип технологии струйной печати связующего, называемую однопроходной струйной струйной обработкой. Эта технология позволяет изготавливать металлические детали за считанные минуты, а не часы, как при прямом лазерном спекании металлов. Это действительно революционно, обещая изменить производство металла в ближайшем будущем. В 3D-принтерах

Carbon используется технология CLIP, похожая на SLA.

Хотя обе компании могут быть инновационными, такие компании, как Carbon 3D и Desktop Metal, оцениваются очень высоко по сравнению с их текущими продажами и прибылью. Это связано с тем, что инвесторы уверены, что в будущем они станут намного больше и прибыльнее.Эта тенденция наблюдается на большинстве рынков, а не только в сфере 3D-печати.

Возьмем, к примеру, Tesla — их доходы ничтожны по сравнению с некоторыми крупными автопроизводителями, но рыночная капитализация Tesla больше, чем у Ford. Это основано на убеждении, что Tesla в будущем станет крупнейшим автопроизводителем в мире. Нам предстоит увидеть, смогут ли такие компании, как Carbon и Desktop Metal, а также другие, такие как Markforged, Formlabs и Xact Metal, оправдать надежды своих инвесторов таким же образом.

3D Systems попадают в Зал славы

Через 30 лет после того, как 3D Systems положила начало отрасли, их первый 3D-принтер SLA-1 был объявлен Американским обществом инженеров-механиков памятником истории машиностроения.Это официальное признание машины, с которой все началось, показало, как далеко продвинулась 3D-печать с 80-х годов.

SLA-1 была провозглашена исторической вехой в области машиностроения в 2016 году.

Примерно в то же время на рынок вышли две очень крупных технологических компании. Имя нарицательное большое.

GE и HP выходят на рынок

Первой была HP, лидер в области струйной 2D-печати, которая в 2016 году объявила о том, что будет продавать принтеры с запатентованной технологией Multi Jet Fusion (MJF).С тех пор HP продолжила совершенствовать эту технологию и в 2018 году анонсировала полноцветные 3D-принтеры, промышленные 3D-принтеры по гораздо более низкой цене в 50 000 долларов и выход на рынок 3D-печати металлом.

Вторым именем в семье было GE. После регистрации новой компании под названием GE Additive в конце 2016 года многонациональный гигант приобрел компании по 3D-печати металлом Arcam и Concept Laser в рамках перехода в индустрию аддитивного производства стоимостью 1,4 млрд долларов. GE Additive также пыталась приобрести SLM Solutions, но в конечном итоге не смогла.

Теперь у нынешних компаний были проблемы с HP и GE. Эти гиганты с глубокими карманами могли инвестировать миллиарды в получение решающего технологического преимущества, и теперь они были вынуждены вводить новшества усерднее, чем когда-либо. Однако конкуренция обычно идет только на пользу потребителям, поскольку каждая компания работала все больше и больше, чтобы оптимизировать свои технологии, чтобы они были максимально эффективными.

The Ultimaker 3

Что касается рынка настольных 3D-принтеров, то выпуск Ultimaker 3 в октябре 2016 года стал еще одной важной вехой.Он мгновенно стал хитом, заработав множество наград «Лучший 3D-принтер» и укрепив репутацию Ultimaker как ключевого игрока в отрасли, оставаясь при этом приверженным философии открытого исходного кода. С тех пор Ultimaker выпустила модели S3 и S5, получившие положительные отзывы.

Ultimaker 3 — один из лучших 3D-принтеров на рынке.

3D-печать в строительстве: очень захватывающая перспектива

Но в то время как все эти компании концентрировались на 3D-печати для производства, другие видели в этом решение растущего жилищного кризиса.В 2017 году объем 3D-печати в строительстве составил 70 млн долларов, но, согласно отчетам, к 2027 году он будет стоить 40 млрд долларов. дешевле любого человека. Это достижение было увековечено 3D-печатью Apis Cor целого дома всего за 24 часа. Другие строительные и архитектурные проекты, связанные с 3D-печатью, были завершены в период 2016–2018 годов, включая 3D-печатные мосты, дома и даже планы небоскребов в Дубае.

Метод Ultimaker S5 против Makerbot: Битва профессиональных 3D-принтеров 2018/19

В середине 2010-х годов Ultimaker и Makerbot значительно выросли и взлетели выше своих моделей Ultimaker 3 и Makerbot Replicator соответственно. К середине 2018 года эта битва должна была перейти в линейку профессиональных 3D-принтеров с выпуском Ultimaker S5 в мае 2018 года и Makerbot Method в декабре. Оба представляли собой шаг вверх в цене, примерно с 3000 долларов до более чем 5000 долларов.

Это было изменение корней обеих компаний.Они начали строить небольшие FDM-принтеры — помните оригинальные комплекты из дерева? — и ранее больше соответствовали философии RepRap. Этот шаг вверх по рынку является интересным, хотя стоит отметить, что Makerbot предлагает модель Replicator+, предназначенную специально для 3D-печати в образовании, по розничной цене около 2000 долларов.

Метод Makerbot (слева) сражается с Ultimaker S5 (справа) за контроль над сектором 3D-принтеров для профессиональных пользователей.

Революция в недорогой ЖК-3D-печати

3D-принтеры из смолы раньше стоили тысячи, и это позволяло вам купить только базовый SLA-принтер.Затем несколько лет назад появилась цифровая обработка света, предложив более масштабируемую и современную альтернативу.

Затем настала очередь 3D-печати на ЖК-дисплеях, которая по процессу больше похожа на DLP, чем на SLA, и открыла новую эру недорогой полимерной печати. Внезапно недорогие полимерные принтеры, такие как ELEGOO Mars и AnyCubic Photon, предложили достаточно точные отпечатки полимера по цене менее 500 долларов. Когда появились первые принтеры Formlabs, людей поразило, что можно печатать точные объекты из смолы за 3500 долларов — о, как все изменилось.

ELEGOO Mars (слева) и AnyCubic Photon (справа) — два недорогих ЖК-принтера, которые удивили производителей своей эффективностью.

Самое большое в мире здание, напечатанное на 3D-принтере: Apis Cor превзошла сама себя

Apis Cor уже попала в заголовки газет, когда построила дом за 24 часа. Затем в октябре 2019 года они пошли еще дальше, построив огромное 3D-печатное здание в Дубае. Дубай известен своей открытостью для новых инновационных технологий, особенно 3D-печати, и эта огромная структура предназначена для административного персонала.

Карл Декард, изобретатель SLS, скончался в возрасте 58 лет

Один из четырех основателей компании, занимающейся 3D-печатью, Карл Декард скончался 23 декабря 2019 года в возрасте всего 59 лет. С тех пор гениальный изобретатель селективного лазерного спекания основал ряд других компаний, владел 27 патентами и стал самой крупной фигурой в истории 3D-печати, которая скончалась.

Основатели SLA и FDM, Чак Халл и С. Скотт Крамп, соответственно, все еще являются частью своих компаний, которые сейчас являются публичными и могут похвастаться оценкой чуть менее 1 миллиарда долларов.Неизвестно, сколько акций они владеют.

Основатель EOS д-р Ханс Лангер — первый и в настоящее время единственный миллиардер в области 3D-печати. ​​По данным Forbes, на август 2020 года его состояние оценивается в 3,1 млрд долларов. Немецкая компания так и не вышла на биржу и до сих пор успешно работает на рынках 3D-принтеров SLS и DMLS спустя 30 лет.

Если вам понравилась эта статья:

Подпишитесь на нашу рассылку и получайте последние новости о 3D-печати, руководства для покупателей и подарки прямо на свой почтовый ящик:

Связанные

7 вопросов с иконой 3D-печати Charles Hull

«Я смотрю на них как на всех своих детей, и мне трудно выбрать любимого», — говорит Чарльз «Чак» Халл, соучредитель и технический директор 3D Systems, о существующих приложениях 3D-печати. Когда вы изобрели технологию и видели, как она развивалась от рождения до взрослой жизни в течение 30 лет, это естественно.

Активный частный пилот и заядлый фотограф, 76-летний «отец 3D-печати» Халл владеет многочисленными патентами по всему миру и получил несколько престижных наград, включая включение в Национальный зал славы изобретателей за изобретение и коммерциализацию стереолитографии. первая коммерческая технология 3D-печати. Его изобретение, 3D-принтер SLA-1, в этом году признано ASME выдающимся достижением.

После получения B.S. Получив степень инженера-физика в Университете Колорадо, Халл переехал в Калифорнию, чтобы продолжить свою инженерную карьеру, сначала в качестве старшего инженера в Bell & Howell, а затем в качестве технического менеджера в Du Pont. Он разработал и запатентовал процесс стереолитографии в компании UVP, Inc., где шесть лет проработал вице-президентом по инженерным вопросам. С основанием 3D Systems в 1986 году он положил начало индустрии 3D-печати — гиганту, который сегодня заново изобретает производство в Америке.

В начале своей карьеры Халл участвовал в проектах по разработке пластиковых компонентов. «Время между тем, когда вы закончили дизайн и увидели свою первую готовую деталь, обычно составляло шесть недель, а затем, если вы обнаруживали в ней проблемы, вам приходилось ее перерабатывать», — говорит он.

Он вспоминает, как работал над несколькими приложениями ультрафиолетового излучения в UVP, и одним из них были полимеры, отверждаемые ультрафиолетом, которые представляли собой тонкие листы пластика. «Когда я увидел эти УФ-отверждаемые покрытия, — говорит Халл, — я подумал, есть ли какой-нибудь способ сделать изображения и манипуляции для создания прототипов пластиковых деталей? Так у меня появилась идея стереолитографии.

В недавнем подкасте ASME.org Халл рассказал о первых днях 3D-печати и о том, как она продолжает менять лицо производства. Вот несколько фрагментов беседы.

Q1. Что изменилось после того, как вы изобрели стереолитографию и создали первую напечатанную на 3D-принтере деталь?

Корпус: Я напечатал первую часть на 3D-принтере в 1983 году. После этого я потратил время, пытаясь усовершенствовать технологию и получить первую заявку на патент.Как только это произошло, встал вопрос о коммерциализации. После того, как я представил бизнес-план компании, в которой работал, мы решили выделить другую компанию и лицензировать технологию, которую я разработал, в этой новой компании. Что изменилось тогда, так это создание первой компании — 3D Systems — которая действительно положила начало индустрии аддитивного производства.

Бюст автопортрета Чарльза Халла и его 3D-принтер SLA-1 в Национальном зале славы изобретателей. Изображение: Национальный зал славы изобретателей / 3D Systems

Q2.Когда вы впервые представили себе использование 3D-печати в производстве?

Корпус: Мы начали свою деятельность в 1986 году как девелоперская компания. У нас был первый продукт, который мы начали продавать сначала в виде бета-системы в конце 1987 года, а затем в 1988 году — в коммерческих целях. Это был первый 3D-принтер, SLA-1. Мы предполагали, что это будет использоваться для создания прототипов, но наши клиенты сразу же начали упоминать потенциал для производственных приложений. Одним из первых производственных применений, которым мы занимались, было литье моделей.Затем мы начали видеть видение того, как это можно использовать в производстве. Конечно, в то время все это было очень мелкосерийным производством.

Q3. Что подтолкнуло технологию к полному коммерческому использованию?

Корпус: Первыми крупными пользователями этой технологии были инженеры автомобильной промышленности. Проблема того времени заключалась в том, что автомобильная промышленность США и в некоторой степени ЕС отставала от азиатских производителей с точки зрения того, насколько быстро они могли производить новые автомобили.Они искали идеи и технологии, которые помогли бы ускорить процесс проектирования. 3D-печать стала важной частью этого наряду с 3D CAD, которые в то время только зарождались. Эти компании вместе с аэрокосмическими компаниями помогли продвинуть его к коммерческому использованию.

Q4. В настоящее время существует несколько новых технологий и 3D-принтеров, обещающих неслыханную ранее скорость печати. Что вы думаете об этом?

Корпус: Я большой сторонник этого.Недавно мы продемонстрировали высокоскоростную систему, представляющую собой ячейку из трех 3D-принтеров с роботизированными руками, которые вытягивают детали и размещают их на отделочных станциях, а в конце представляют их для следующего этапа промышленной производственной линии. Наша идея состоит в том, что мы будем производить эти небольшие высокоскоростные 3D-принтеры и помогать компаниям интегрировать их в производственные линии. Такая технология будет очень важна для внедрения аддитивного производства в производство.

3D Systems на торжественном открытии современного Центра медицинских технологий.Изображение: 3D Systems

В5. За последние пять лет произошел бум 3D-печати, но продолжится ли он в следующем десятилетии?

Корпус: Абсолютно верно, и есть несколько способов взглянуть на эту стрелу. Конечно, в этом был своего рода элемент ажиотажа, когда люди ожидали, что 3D-печать сделает все мгновенно, и эта шумиха, я думаю, немного поутихла. Хорошо то, что это создало общее понимание не только у промышленных людей, но и у населения в целом, что такое 3D-печать.Тысячи компаний по всему миру внедряют эту технологию. Он определенно находится на кривой роста, и в этом смысле он распространился по всем уголкам мира. Это будет продолжаться в следующем десятилетии и далее.

Q6. Чему вы как инженер научились больше всего с того дня, как изобрели 3D-печать, и до сих пор?

Корпус: Не проходит и дня, чтобы вы чему-нибудь не научились. Вероятно, самым важным для меня является то, что я был инженером, и пока я разрабатывал эту технологию, я также изучал и изучал предпринимательство, так что в основном я учился тому, как развивать стартап-бизнес. Мне пришлось больше узнать о бизнес-стороне, чтобы реализовать 3D-печать.

В7. Что бы вы посоветовали молодым инженерам, которые надеются изобрести прорывную технологию?

Корпус: Очень приятно видеть сегодня много молодых предпринимателей. На самом деле есть два ключа — один из них — быть самым лучшим инженером, которым вы можете быть. Например, если вы инженер-механик или кто-то еще в вашей инженерной области, разберитесь в этой дисциплине очень глубоко и будьте экспертом.Во-вторых, нужно активно взаимодействовать с другими инженерными технологиями и с другими профессиями, потому что именно на пересечении имеющихся у вас знаний с вопросами и проблемами, с которыми вы сталкиваетесь в обществе в целом, происходят прорывные изобретения. Вам нужны оба элемента, чтобы быть хорошим инженером.

Послушайте подкаст: Как Чарльз Халл задумал 3D-печать

Узнайте больше о новейших технологиях 3D-печати на конференции ASME AM3D Conference & Expo .

На пересечении имеющихся у вас знаний с вопросами и проблемами, с которыми вы сталкиваетесь в обществе в целом, происходят прорывные изобретения. Чарльз Халл, соучредитель и технический директор, 3D Systems

История — Медицинская 3D-печать

 История 3D-печати началась в начале 1980-х годов, когда изобретатель Чарльз Халл первоначально назвал ее «стереолитографией».Халл работал в компании, которая производила ультрафиолетовые лампы в виде слоя пластика для покрытия поверхностей, используемых в быту. Ему пришла в голову идея использовать ультрафиолетовый свет по-новому; превращать детали, созданные с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования, в трехмерные объекты, и ему дано разрешение использовать их лаборатории ночью и в выходные дни. Халл был обнаружен с помощью фотополимеров, представляющих собой вещества на акриловой основе, которые затвердевают под воздействием ультрафиолетового излучения. Как только он обнаружил это, он построил машину с УФ-лазером для гравировки слоев акрила в формы и складывания слоев, чтобы сформировать объект.Одной из главных проблем для Халла было написание кода, сообщающего принтеру, как гравировать акриловые слои, поэтому он придерживался в основном простых форм. После многих лет исследований и экспериментов Халл продал свой первый 3D-принтер в 1988 году за 100 000 долларов. В конце концов, ученые смогли вырастить органы из клеток пациента и использовать для их поддержки каркас, напечатанный на 3D-принтере. По мере того, как технология развивалась еще больше, миниатюрная почка, и врачи начинают стремиться к тому, чтобы сделать полностью функционирующий орган без каркаса для поддержки.В конце концов, в 2008 году ученые смогли создать первый 3D-протез ноги. Совсем недавно, в 2012 году, в Голландии производственная компания LayerWise напечатала челюсть на 3D-принтере. Теперь 3D-принтеры стали довольно недорогими и широко используются в больницах. 3D-принтеры эволюционировали, чтобы создавать такие жизненно важные для человека вещи, как органы. Чарльз Халл изначально разработал 3D-принтер для повышения производительности промышленных изделий, но предполагал, что его изобретение сделает гораздо больше. Я полагаю, что Чарльз никогда не думал, что его принтер может спасти тысячи жизней.Изобретение Чарльза изменило не только лицо медицины, но и жизни тысяч неизлечимо больных пациентов по всему миру.

Кредиты:

Когда была изобретена 3D-печать?

Партнерская оговорка: некоторые ссылки на продукты на этой странице являются партнерскими ссылками. Мы можем получить комиссию, если вы купите что-то после использования одной из этих ссылок, но использование этих ссылок никогда не повлияет на цену, которую вы платите.

3D-печать претерпела огромный рост с начала тысячелетия, и все больше и больше любителей обращаются к 3D-печати, особенно в последнее десятилетие. В частности, за последние 5-10 лет 3D-печать достигла своего пика, когда цена и удобство использования стали такими же доступными, как и раньше.

Но в этом руководстве я собираюсь повернуть время вспять и обратить внимание исключительно на то время, когда была изобретена 3D-печать. Я расскажу вам, кто изобрел 3D-печать, для чего она использовалась и почему она была изобретена.Поднимитесь на борт «Делориана» и пристегнитесь, пока мы смотрим на изобретение 3D-печати.

Когда была изобретена 3D-печать?

Прежде чем мы рассмотрим фактическое изобретение 3D-принтеров, реальная история началась в мае 1980 года, когда был подан первый в истории патент, связанный с 3D-печатью. Этот патент был подан юристом по имени Хидео Кодама на новую технологию под названием Rapid Prototyping (RP). Это было первоначальное название того, что мы сейчас называем стереолитографией (SLA).

Технология быстрого прототипирования (RP) использовала фоточувствительную смолу и УФ-свет для отверждения смолы.Это очень похоже на современную SLA-печать, при которой 3D-модель создается слой за слоем с использованием ультрафиолетового излучения.

К несчастью для Кодамы, его патент не был выдан из-за того, что он не успел подать заявку в срок. Патент был отклонен патентным бюро, и Kodama упустила эту прорывную технологию.

Через несколько лет после неудачного получения патента Kodama группа французских исследователей подхватила технологию и продолжила ее развитие. Они использовали очень похожий метод, но заменили исходную смолу, которую использовал Kodama, жидкими мономерами.

Через некоторое время после разработки этой технологии RP французские исследователи отказались от проекта, мотивируя это отсутствием спроса и интереса к 3D-печати.

Из-за того, что первоначальная заявка на патент восходит к Хидео Кодаме, ему часто неофициально приписывают изобретение 3D-принтера.


Кто изобрел 3D-принтер?

В 1986 году, через шесть лет после первоначальной заявки Kodama на патент, американский изобретатель по имени Чарльз (Чак) Халл подал заявку на патент своего 3D-принтера.

Халл назвал свою технологию стереолитографией (SLA), что дало начало названию, которое мы все используем сегодня. При этом Чарльз Халл стал официальным изобретателем первого 3D-принтера в 1986 году.

Халл изобрел технологию, когда пытался построить мебель, но изо всех сил пытался создать небольшие детали мебели на заказ. Он использовал недавно изобретенный 3D-принтер SLA для печати этих мелких деталей из файла 3D-модели. Подобно оригинальной технологии RP, изобретенной Kodama, она также использовала лазер для отверждения светочувствительной смолы.

3D-принтер SLA, который изобрел Халл, был первой машиной, которая когда-либо печатала реальный объект из 3D-файла. После подачи заявки на патент Халл стал соучредителем компании 3D-печати под названием 3D Systems Corporation, которая продолжала продавать множество различных типов 3D-принтеров. Фактически, 3D Systems по сей день продает 3D-принтеры, в том числе машины для домашнего и коммерческого использования.


Запуск первого коммерческого 3D-принтера

Перенесемся на пару лет вперед, в 1988 год. Это год, когда на рынок был выпущен первый коммерческий 3D-принтер. Халл назвал этот принтер SLA-1, и он поступил в продажу от компании Халла 3D Systems Corporation.


Сколько стоил первый 3D-принтер?

В 1988 году, когда в продажу поступил первый 3D-принтер SLA-1, его стоимость превышала 300 000 долларов.

Этот SLA-1 был разработан исключительно для коммерческого использования и был новаторским в то время. Это позволило компаниям начать производство деталей непосредственно из цифровых моделей, сэкономив много денег на трудозатратах.


Что произошло после изобретения первого 3D-принтера?

Вскоре после того, как Халл изобрел первый 3D-принтер SLA, был подан первый патент на альтернативную технологию 3D-печати.Селективное лазерное спекание (SLS) было изобретено Карлом Декардом из Техасского университета.

Отличалась от технологии SLA использованием порошка, а не жидкой смолы. Вместо этого лазер сплавил порошок вместе, чтобы создать твердый объект.

В том же году Скотт Крамп запатентовал метод моделирования методом наплавления (FDM). Эта технология является сегодня одной из самых доступных форм 3D-печати и, как правило, является первым знакомством с 3D-печатью.

Первоначальная технология FDM была также известна как изготовление плавленых нитей (FFF).Как и в современной 3D-печати FDM, в ней использовалась нить, выдавливаемая из нагретого сопла. Эта насадка расплавляет нить и укладывает ее слоями, чтобы создать твердый объект. Затем эти слои затвердевают и прилипают друг к другу, создавая цельный объект.

Кто изобрел 3D-принтер? Изобретения и изобретатели для детей***

Файл фактов об изобретении 3D-принтера: Изобретение: 3D-принтер *** Дата изобретения: 1986 *** Имя изобретателя: Чак Халл *** Гражданство изобретателя: Америка *** Исторический период: век технологий и информации *** Категория: вычислительная техника и технологии *** Страна происхождения: США *** Факты об изобретателе Чаке Халле и изобретении 3D-принтера ***

Факт 1. Кто изобрел 3D-принтер? 3D-принтер был изобретен Чаком Халлом в 1986 году в век технологий и информации.

Факт 2: Кто изобрел 3D-принтер? До изобретения 3D-принтера (что означает трехмерный принтер) в 1986 году это было возможно только для документов или фотопринтеров, которые могли печатать только в двух измерениях.

Факт 3: Кто изобрел 3D-принтер? Одномерная (1D) фигура представляет собой сегмент плоской линии, имеющий только одно измерение — длину. Двумерные (2D) объекты имеют измеримые размеры длины и ширины, например, квадрат. Трехмерные (3D) объекты имеют третье измерение — глубину — например, куб.

Факт 4: Кто изобрел 3D-принтер? Восприятие глубины, зрительная способность воспринимать мир в трех измерениях, дает представление о длине, ширине и высоте объекта.

Факт 5: Кто изобрел 3D-принтер? Изобретение 3D-принтера удовлетворило потребность в системах CAD (автоматизированное проектирование) и CAM (автоматизированное производство), способных быстро, надежно, экономично и точно проектировать и изготавливать трехмерные объекты.

Факт 6: Кто изобрел 3D-принтер? Изобретатель 3D-принтера Чарльз (Чак) Халл родился 12 мая 1939 года в Клифтоне, штат Колорадо, США.

Факт 7: Кто изобрел 3D-принтер? Ранние годы Чака Халла прошли в Клифтоне, штат Колорадо, США, где его воспитывали родители, Лестер и Эстер Халл. Чак Халл получил образование в Университете Колорадо в 1961 году, где он получил степень бакалавра инженерной физики.

Факт 8: Кто изобрел 3D-принтер? После получения образования его первой работой была должность старшего инженера в Bell & Howell.Затем он стал техническим менеджером в подразделении фотопродукции DuPonts, а затем присоединился к UVP Inc., компании по производству систем, в Сан-Габриэле, Калифорния.

Факт 9: Кто изобрел 3D-принтер? Работая в UVP Inc., Чак Халл разработал и запатентовал процесс стереолитографии, первую коммерческую технологию 3D-печати.

Факт 10: Кто изобрел 3D-принтер? Он был вынужден сделать изобретение, потому что все больше разочаровывался в том, что производство небольших пластиковых деталей для создания прототипов новых продуктов в UVP Inc. , может занять до двух месяцев.

Факт 11: Кто изобрел 3D-принтер? Он усердно работал над своим изобретением больше года и, используя свой процесс стереолитографии, Чак Халл впервые напечатал маленькую черную чашку для промывания глаз.

Факт 12: Кто изобрел 3D-принтер? Чак Халл ввел термин стереолитография в своем патенте США 4 575 330, озаглавленном «Устройство для производства трехмерных объектов с помощью стереолитографии», который он подал 8 августа 1984 г. и был выдан 11 марта 1986 г.

Факт 13: Кто изобрел 3D-принтер? Чак Халл определил стереолитографию как метод и устройство для изготовления твердых объектов путем последовательной «печати» тонких слоев материала, отверждаемого ультрафиолетом, один поверх другого.

Факт 14: Кто изобрел 3D-принтер? Основная цель его изобретения заключалась в том, чтобы использовать принципы CAD (компьютерной графики) в сочетании с УФ-отверждаемым пластиком и т. п. для одновременного выполнения CAD и CAM и создания трехмерных объектов непосредственно из компьютерных инструкций.

Факт 15: Кто изобрел 3D-принтер? Запатентовав изобретение, Чак Халл основал компанию 3D Systems в Валенсии, штат Калифорния, в 1986 году, чтобы коммерциализировать новый метод производства.

Факт 16: Кто изобрел 3D-принтер? Первый коммерческий 3D-принтер был выпущен в 1988 году, и принтеры, материалы и программное обеспечение пользовались огромным успехом у производителей автомобильной промышленности, таких как Mercedes-Benz и General Motors. .

Факт 17: Кто изобрел 3D-принтер? Чак Халл ввел термин стереолитография, он проложил путь к тому, что мы сегодня знаем как аддитивное производство (AM) или 3D-печать.

Пионеры 3D-печати, отрасли, частично изобретенной в UT в Остине

Автор: ЛАУРА ЛОРЕК
Основатель Silicon Hills News

3D-печать из сахара, фото предоставлено Sugar Lab 3D Systems

Применение 3D-печати ограничено только воображением изобретателя.

Сегодня на 3D-принтерах можно изготавливать детали зубов, протезы тазобедренных суставов, продукты питания, игрушки, украшения и многое другое. Футуристическая технология может даже печатать человеческие ткани и воссоздавать человеческие органы.

Но мало кто знает, что одна из технологий, лежащих в основе индустрии 3D-печати, зародилась в Техасском университете в Остине.

Пионеры 3D-печати встретились на прошлой неделе в Остине на 25-м ежегодном Международном симпозиуме по изготовлению твердых материалов произвольной формы, ведущем мировом саммите, посвященном исследованиям в области 3D-производства.

В течение 25 лет группа принимала участие в Инженерной школе Кокрелла Техасского университета.

Только 40 человек присутствовали на первой встрече в 1989 году, которая проходила в конференц-зале, а не в аудитории, сказал Карл Декард, один из изобретателей и разработчиков «селективного лазерного спекания», технологии, лежащей в авангарде 3D-печати.

Декард разработал «селективное лазерное спекание» вместе с Джо Биманом, профессором UT. Декард работал над своей степенью бакалавра, а затем над своими магистрами и докторами наук.Д. на машиностроительном факультете ТУ.

«SLS стал одним из самых передовых и многообещающих методов производства в мире, используемых сегодня», — говорится в сообщении в блоге UT Mechanical Engineering, в котором подробно рассказывается о рождении индустрии 3D-печати. «Патенты SLS были самой прибыльной интеллектуальной собственностью UT Austin в течение многих лет», и хотя срок их действия скоро истечет, UT продолжает активно участвовать в индустрии 3D-печати, по данным Инженерной школы Кокрелла в ЮТ.

В конце концов Декард создал компанию DTM для коммерциализации технологии.

Тем временем Чак Халл, соучредитель и главный технический директор компании 3D Systems, сейчас базирующейся в Рок-Хиллз, Южная Каролина, изобрел конкурирующую технологию под названием стереолитография.

«Я работал в небольшой компании и самостоятельно разработал первую технологию аддитивного производства в собственной лаборатории, — сказал Халл. Владелец не был заинтересован в инвестициях в технологию, поэтому Халл создал компанию и лицензировал технологию, основав 3D Systems в 1986 году в Валенсии, Калифорния.Халл изобрел первую систему быстрого прототипирования стереолитографии (SLA).

Компания Халла, 3D Systems, купила DTM в 2001 году и сегодня остается лидером отрасли в области аддитивного производства. Продажи 3D Systems в прошлом году достигли рекордных 513 миллионов долларов, что на 45% больше. По словам Халла, это самая быстрорастущая технологическая компания на Нью-Йоркской фондовой бирже.

Его основным конкурентом в США является компания Stratasys, базирующаяся в Миннеаполисе, изобретатели моделирования методом наплавления, метода, используемого популярными потребительскими 3D-принтерами MakerBot, которые Stratasys приобрела в 2013 году.Лиза Крамп и ее муж Скотт основали Stratasys в 1988 году.

Пионеры 3D-печати: Терри Уолерс, отраслевой эксперт, Чак Халл, соучредитель 3D Systems, Карл Декард, изобретатель лазерного спекания, Лиза Крамп, соучредитель Stratasys, и Дэйв Бурелл, профессор машиностроения в UT.

Халл, Декард, Лиза Крамп, Терри Уолерс, эксперт в области 3D-печати, и Дэйв Бурелл, профессор машиностроения Школы Кокрелла, организовавший это мероприятие, встретились с Silicon Hills News на прошлой неделе, чтобы обсудить эволюцию индустрия.

За 25 лет отрасль резко изменилась, и эти первопроходцы были в авангарде этих изменений.

На сегодняшний день 3D-принтеры произвели более 90 000 титановых протезов тазобедренного сустава, половина из которых имплантирована людям, сказал Уолерс.

Каждую неделю машины 3D Systems производят 20 000 стоматологических колпачков, основной конструкции коронки или моста, сказал Уолерс.

Трехмерная печать изменила целые отрасли, такие как аэрокосмическая, автомобильная и особенно здравоохранение.

«Он используется в стольких различных областях, что его трудно охарактеризовать, — сказал Уолерс. «Сегодня вы, вероятно, прикоснулись к 25 продуктам, которые были затронуты этой технологией. Ювелирные изделия, автомобили, на которых вы ездите, самолеты, на которых вы ездите, выиграли от прототипирования».

У Boeing есть 16 различных самолетов, в которых используются десятки тысяч деталей, созданных с помощью технологии трехмерного лазерного спекания, сказал Уолерс.

Автомобильная промышленность рано внедрила 3D-печать

Первая машина 3D Systems, использующая стереолитографию, SLA 250, изготовила деталь размером десять на десять дюймов для крупной автомобильной компании, которой требовалось быстрое прототипирование, сказал Халл.Но технология быстро распространилась на другие отрасли, такие как медицина и аэрокосмическая промышленность, сказал он.

«Это запущенная и грязная промышленная машина, о которой широкая публика не знает», — сказал Халл.

Сегодня движение «производителей», в рамках которого любители изготавливают игрушки, инструменты, детали и многое другое в своих гаражах с помощью 3D-принтеров, популяризировало промышленную технологию, которая десятилетиями использовалась на заводах для прототипирования.

Потребители могут легко купить 3D-принтеры у таких компаний, как MakerBot, последняя модель которой продается за 2800 долларов в Staples, Home Depot или на Amazon.ком.

«25 лет назад все выглядело не так, — сказал Крамп из Stratasys.

Влияние 3D-печати на медицинскую промышленность

Первый клиент Stratasys, компания Biomed, изготовила на заказ бедра и колени.

«Мы поднялись с нуля продаж в 1988 году до 487 миллионов долларов выручки в 2013 году, — сказал Крамп.

По ее словам, компании, производящие медицинское оборудование, первыми внедрили и стали лидерами в этой области.

По словам Крампа, технология 3D-печати не только создает продукты, но и меняет жизнь людей.

Эмма, шестилетняя девочка, страдает от дегенеративного мышечного заболевания, которое не позволяет ей пользоваться руками, но благодаря экзоскелету, изготовленному с использованием технологии 3D-печати Stratasys, она может пользоваться руками.

«Это внушает благоговейный трепет, когда я вижу эту маленькую девочку — она называет их своими волшебными руками — потому что теперь она может раскрашивать и делать то, что может делать обычный шестилетний ребенок», — сказал Крамп.

Технология также успешно помогла врачам разделить сиамских близнецов, сказал Халл.Врачи использовали принтеры 3D Systems для создания моделей пациентов перед операцией для практической исследовательской хирургии.

И одной из новых областей применения в медицине является печать органов и тканей человека с помощью 3D-принтеров.

Технология 3D-печати позволяет производителям создавать индивидуальные продукты по доступным ценам. По словам Уолерса, при традиционном производстве пресс-форма может стоить 50 000 долларов, а 3D-печать устраняет необходимость в этом.

3D-печать по запросу

Вилка и шнур, напечатанные на 3D-принтере, фото предоставлено Stratasys


По его словам, с помощью 3D-производства компании могут создавать цифровые запасы и производить продукцию по запросу.Это сокращает хранение, отходы и ненужное производство.

«Когда эта область только начиналась, мы в основном производили детали, предназначенные для изготовления каким-то другим способом, — сказал Халл. «Теперь люди разрабатывают эти процессы и используют их в своих интересах».

Влияние 3D-печати на аэрокосмическую промышленность

Процесс 3D-печати изменил авиастроительную промышленность.

«В аэрокосмической отрасли вес очень важен, — сказал Декард. — Если вы уменьшите вес коммерческого авиалайнера на один фунт, вы сэкономите 100 000 долларов на топливе за весь срок службы самолета.

Производители самолетов, такие как Boeing и Aerobus, планируют иметь сотни 3D-принтеров для изготовления деталей самолетов в течение пяти лет, сказал Уолерс.

Усилия по 3D-печати восходят к 1950-м годам, но машинам требовалось программное обеспечение для автоматизированного проектирования, которого не существовало до 1980-х годов. И вычислительной мощности тогда тоже не хватало.

Более быстрые компьютеры, лучшее программное обеспечение и более дешевое хранилище делают 3D-печать доступной для большего числа людей, сказал Бурелл из UT. По его словам, эта доступность вызвала интерес у детей.

«Пять лет назад, чтобы привлечь студентов к производству, нужно было заниматься продажами, — сказал он. «Теперь приходят студенты и говорят, что хотят заняться 3D-печатью».

«Они не рассматривают это как разработку продукта, — сказал он. «Они видят в этом создание вещей».

По словам Уолерса, за последние несколько десятилетий США превратились в нацию потребителей.

«Мы должны вернуть нацию, которая когда-то славилась производством вещей», — сказал он.

3D-печать пробуждает дух изобретательства, особенно среди молодежи, и вызывает интерес к разработке и производству, которого эта страна не видела со времен космической гонки в 1960-х годах, сказал Уолерс.

По словам Декарда, к другим факторам, возвращающим производство в США, относится доступность дешевого природного газа.
«Во многих областях стоимость продукта не так сильно зависит от труда, как это было в прошлом, — сказал он. «Когда содержание рабочей силы падает, меньше причин уходить с берега».

По словам Халла, импульс для 3D-печати будет только нарастать.

Теперь речь идет о нацеливании на определенные приложения, их совершенствовании и увеличении скорости производства, сказал Халл.

«Переход от использования его для моделирования, прототипирования и оснастки к использованию его для производства», — сказал он.

Быстро развивающаяся многомиллиардная индустрия

В целом индустрия 3D-печати выросла на 35 процентов в прошлом году и в среднем на 32 процента за последние пять лет, сказал Уолерс.

«Отрасль будет исчисляться десятками миллиардов долларов», — сказал он.

Если он захватит всего два процента от мировой обрабатывающей промышленности с оборотом в 10,5 триллионов долларов, то это превратится в отрасль с оборотом в 210 миллиардов долларов, сказал Уолерс.В прошлом году мировая индустрия 3D-печати превысила 3,1 миллиарда долларов.

В конце концов, у каждого дома может быть 3D-принтер, точно так же, как у него есть компьютерный принтер, сказал Крамп из Stratasys.

Позже в этом году 3D Systems начнет продавать свой Chef Jet, 3D-принтер для кондитерских изделий, предназначенный для профессиональных поваров, сказал Халл. Принтер может создавать 3D-шоколадные конфеты, украшения для тортов, сахарные черепа и многое другое.

«Некоторые продукты настолько изысканны, что их даже есть не хочется», — сказал Халл.

Сахарный череп, напечатанный на 3D-принтере, фото предоставлено 3D Systems

В Лос-Анджелесе компания 3D Systems управляет лабораторией Sugar Lab. По его словам, они приглашают поваров и позволяют им использовать технологию 3D-печати для создания съедобных продуктов. Пищевая печать становится огромной отраслью. Почти все, что может пройти через сопло, например, арахисовое масло, глазурь, шоколад и многое другое, можно использовать в 3D-печати.

Первый 3D-принтер также скоро отправится в космос. Стартап Made In Space из Маунтин-Вью создал 3D-принтер, который позволит астронавтам на Международной космической станции печатать детали, инструменты и другие материалы в космосе.Принтер будет включен в запуск SpaceX CRS-4 для пополнения запасов МКС, запланированный на сентябрь.

3D-печатные детали уже вышли за пределы земли. НАСА использовало 3D-печатные детали для марсохода.

«Все мы были в этом с 80-х годов, но то, что мы переживаем сейчас, мы никогда не видели раньше в нашей жизни», — сказал Уолерс. «Правительство и штаты поддерживают его. Но крупные бренды вкладывают средства — у Amazon есть магазин с 3D-печатной продукцией. Google, Microsoft, Adobe, GE, Home Depot, некоторые из крупнейших мировых брендов в этом участвуют.Некоторые мотивированы, правильно это или неправильно, тем фактом, что в это ввязываются другие крупные бренды».

По словам Халла, все эти вложенные деньги могут действительно ускорить разработку идей, превращающих их в продукты и услуги.

«Теперь это просто разработка приложений», — сказал он. «Я много общаюсь с молодыми изобретателями и пришел к выводу, что большая часть будущего еще не изобретена».

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.