Кто придумал 3d принтер: Как Чак Халл изобрел 3D-печать / Хабр

Как Чак Халл изобрел 3D-печать / Хабр

3D-печать зародилась в 1983 году – гораздо раньше, чем люди начали массово пользоваться всемирной паутиной. Но интернет уже давно стал обыденной частью жизни, а аддитивные технологии до сих пор нельзя назвать широко распространенными.

При этом изобретатель 3D-печати Чак Халл полагает, что мы уже прошли период хайпа и только сейчас начинаем понимать настоящее поле применения технологии. Этот пост о том, как Чак (Чарльз) Халл изобрел и запатентовал лазерную стереолитографию в маленькой подсобной комнатушке и о том, как он сейчас оценивает свое изобретение.

Спойлер: как и промышленным роботам, развитию 3D-печати сильно помог автопром.

Столешницы и прототипирование

Все началось в 80-е. Тогда Чак работал технологом в калифорнийском Ultra Violet Products. Компания производила смолу ультрафиолетового отверждения для столешниц. О высокой скорости работы не могло идти и речи — на разработку и тестирование даже небольших деталей требовались месяцы.

В обязанности Чака как ответственного за организацию производственного процесса входило и прототипирование. Изобретатель искал метод, который позволил бы ему ускорить процесс.

Одной из его идей было наложить несколько сотен слоев пластика и придать им определенную форму с помощью ультрафиолета. Так бы получился относительно дешевый и быстрый в создании прототип. С этой идеей он пошел к руководству UVP. Чаку, конечно, не разрешили заниматься изобретением в рабочее время – но выделили помещение и оборудование.

Спустя год сверхурочной работы изобретатель создал первый прототип электролитного 3D-принтера. Он работал с фотополимером – веществом, которое может переходить из жидкого состояния в твердое под действием ультрафиолетовых лучей. Халл научился писать код, чтобы запрограммировать принтер на создание прототипа определенной геометрической фигуры. Первым 3D-печатным объектом стал небольшой пластиковый стаканчик.

Первый 3D-принтер SLA-1

«Одевайся и приезжай в лабораторию прямо сейчас»

Ночь, когда было совершено открытие, навсегда отпечаталась в памяти жены Чака – Антуанетты Халл. В интервью для

The Telegraph

она даже называет точное время – 20:39 в среду, 9 марта 1983 года.

«В ту ночь я была дома, и мне пришлось посмотреть на часы, когда зазвонил телефон», – сказала она. «Я уже была в пижаме и готовилась ко сну, но Чак все еще работал».

«Одевайся и приезжай в лабораторию прямо сейчас», – сказал по телефону Чак. Она села в машину и прибыла в лабораторию – маленькую комнатушку, которую Ultra Violet Products выделили Халлу для исследований.

В ней Антуанетта увидела первый 3D-печатный объект в мире. «Держа эту странную деталь в руке, он сказал, что сделал это и мир никогда не будет прежним. В ту ночь я знала, что он достиг чего-то грандиозного».

Чак Халл с женой

У компании, где Чак работал, не было средств для финансирования разработки. Он вспоминает: «Я получил патент на 3D-принтер в 86 году. И вот я прихожу к руководителю компании и говорю: “Нам нужно найти этому коммерческое применение”. На что он отвечает: “Конечно, но мы не можем себе этого позволить”.

У меня не было выбора, поэтому я решил создать свою собственную компанию. Это и стало началом 3D Systems». Первыми клиентами его компании стали General Motors и Mercedes-Benz.

Компания работает до сих пор. Чак, которому сейчас 79 лет, тоже. «Моя работа слишком интересна, чтобы бросить ее», – сказал он как-то в интервью для CNN. В другом он сообщал больше подробностей: «В конце 90-х я действительно ушел на пенсию. На мое место пришел новый руководитель, и где-то три месяца спустя он позвонил мне и сказал: “Чак, все плохо. Можешь вернуться и помочь с решением некоторых технических проблем?” С тех пор я снова там, продолжаю заниматься интересными вещами».

Сейчас 3D Systems сосредоточена на программируемых системах для литья под давлением, которые позволят печатать объекты без предварительного конструирования форм. Помимо работы в 3D Systems, Чак дает лекции и выступает на конференциях. Например, он стал одним из главных спикеров на прошлогоднем ASME – международном конгрессе машиностроения.

Чак Халл остается очень скромным человеком. В 2014 году Европейское патентное ведомство вручило ему приз как лучшему изобретателю, работающему за пределами Европы. На это он ответил лишь: «Мне приятно получить признание моих заслуг. Я много и упорно работал, чем я и собираюсь заниматься дальше».

Со СМИ он общается редко. Ниже – одно из его немногих интервью, данное Industry Week. Оно 2013 года, но полностью на русский язык не переводилось. В нем Чак Халл рассказал, как сам долго не верил в коммерческий успех своего изобретения и о том, сможет ли оно когда-нибудь конкурировать с традиционным производством.

Вы изобрели стереолитографию в 1983-м. Спустя 30 лет рынок аддитивного производства начал бурно расти. Людям кажется, что это какое-то новое явление. Что вы думаете по поводу этого бума? Не поздно ли он начался?

Когда мы только начали заниматься 3D-печатью, я долго не мог представить, что это станет настолько популярным.

Мне казалось, этот путь займет лет 25, если не больше. Такова история всех изобретений. Не бывает такого, чтобы вы изобрели вещь вроде 3D-принтера, и толпа покупателей сразу начала ломиться в вашу дверь. Нужно много времени, чтобы понять, что ты изобрел и как это можно усовершенствовать.

3D-печать — это непросто. Вы видите готовое устройство. Думаете, что использовать его очень легко, но это не так. Мы в 3D Systems совершенствовали первый принтер на протяжении 10 лет. За это время удалось пройти путь от идеи до воплощения готового устройства в промышленной сфере.

Но последние несколько лет меня удивили. То, что люди признали 3D-печать как распространенное направление, безусловно, стало сюрпризом.

Когда у вас появилась идея создать 3D-печать? Как вы придумали метод стереолитографии?

Я начинал как инженер-проектировщик. Разработка новых литьевых деталей из пластмассы, которой мы занимались, была очень трудоемким и дорогостоящим процессом. Вначале ты разрабатывал внешний вид детали, делал чертежи, обсуждал все с инструментальщиком, который делал форму для пластиковой части. Затем эта форма отправлялась к литейщику, который изготавливал запчасть. Весь процесс занимал 6-8 недель.

Изготовление занимало много времени, к тому же первая получившаяся деталь никогда не была идеальной. Ее приходилось переделывать и снова запускать цикл производства. Многие месяцы проходили, прежде чем ты получал деталь, которую можно тестировать.

Естественно, мы пытались что-то с этим сделать.

Я решил проверить, смогу ли придумать способ быстрее получить эту первую деталь, чтобы все повторные циклы проходили быстро, а затем быстро получать финальную версию для производства.

Я перебрал кучу идей, которые не сработали, а затем пришел к тому, что в итоге стало стереолитографией. 9 марта 1983 года я произвел этим методом первую деталь.

Потом вы подали заявку на патент, полученный в 1986-м и стали сооснователем 3D Systems. Но кто был вашими клиентами? Какая-нибудь из индустрий видела потенциал на столь ранней стадии?

Когда мы только запустили компанию, сразу отправили «разведчиков» – чтобы понять, есть ли интерес со стороны промышленности.

И он был. На самом деле, интерес к прототипированию был огромным, в основном со стороны автоконцернов.

Автокомпании в то время пытались выпускать автомобили высокого качества. Американские концерны в то время были довольно неповоротливы. Они не могли быстро выпускать новые модели, а качество производства проигрывало в мировой конкуренции.

Поэтому у них была огромная заинтересованность в любой технологии, которая могла бы улучшить ситуацию. Мы сразу стали двигаться в этом направлении, развивать технологию для автомобилестроения. Вскоре после этого множество производителей пошли по тому же пути.

Также в те годы мы разрабатывали методы прототипирования металлических деталей. Наша технология должна была предложить альтернативу традиционному литью методом потерянного воска, и это было первым серьезным ответвлением от прототипирования пластиковых деталей.

Разработанный метод мы назвали Quick Cast. Он позволял быстро лить металлические детали из разнообразных сплавов, и его все еще используют.

Главным образом в аэрокосмической и смежных с ней отраслях.

Теперь, когда производители и покупатели осознали всю ценность 3D-печати, что будет дальше? Сможет ли она когда-нибудь конкурировать с традиционным производством?

Я не футурист и у меня нет хрустального шара предсказателя – я не знаю, что произойдет дальше. Но я знаю, что когда достаточное количество умных людей работает над чем-то, это что-то всегда становится лучше.

Главные достоинства аддитивных технологий сейчас — тонкие настройки и возможность работать со сложными конструкциями. Если в вашем производственном процессе нужно множество деталей или нужны детали со множеством отличающихся параметров, 3D-печать может вам пригодиться.

Медицинское применение — естественное для 3D-печати, ведь все тела разные. Когда вы пытаетесь сделать что-то для зубов, например, эта вещь будет разной для разных пациентов. То же касается коленей и других суставов.

Если вы смотрите в будущее 3D-печати, то это, вероятно, детали со сложными формами и узорами, даже при большом объеме производства. Скорость и экономическая выгода от 3D-печати постоянно возрастают. А значит, у нее становится все больше шансов конкурировать с традиционным производством.

Оглядываясь на эти 30 лет — что бы вы назвали самым большим своим достижением, не учитывая саму технологию?

Еще в 80-90-е годы было понятно, что производство будет постепенно уходить из страны. Это касалось не только США — все уходили в страны с дешевой рабочей силой. Я всегда считал, что это плохо. По-моему, производство должно быть ключевой способностью, особенно для США. Сегодня возвращение к производству на территории страны связано с более высокими технологическими возможностями. Мне нравится, что 3D-печать и цифровое производство этому способствуют.

12-13 октября мы проведем в Москве выставку аддитивных технологий и 3D-сканирования – 3D Print Expo. Она станет уже шестой по счету.

На этот раз мы изменили формат и сконцентрировались на практике. Конференции в этом году не будет — будут выставка и лекторий. Конечно, останутся мастер-классы, галерея 3D-печатных объектов и рисование 3D-ручками.

Подробности и программу ищите на официальном сайте.

Краткая история появления 3D-печати / Хабр

3D печать появилась на свет 40 лет назад и открыла потрясающие возможности для создания различных моделей в прототипировании, стоматологии, мелкосерийном производстве, кастомизированных продуктов, миниатюр, скульптур, макетов и многого другого.

 Кто же изобрел 3D-принтер? Какая технология 3D-печати была сначала? И что напечатали на 3D-принтере первым делом? Приоткроем завесу тайны над огромным количеством интересных фактов и историй о появлении технологии.

Итак, как все начиналось…

Этап 1: Рождение идеи

Доктор Хидео Кодама, создатель системы быстрого прототипирования (1980 г.)

Доктор муниципального промышленного исследовательского института в Нагоя, Хидео Кодама, подал заявку на регистрацию патента на устройство, которое с помощью УФ-засветки послойно формировало жесткий объект из фотополимерной смолы.  

По сути, он описал современный фотополимерный принтер, однако не смог в течение года, как того требовало патентное право, предоставить необходимые данные для регистрации патента и забросил идею. Тем не менее, во многих источниках именно его называют изобретателем технологии 3D-печати.  

В 1983 году трое инженеров — Ален Ле Мехо, Оливье де Витт и Жан-Клод Андрэ из французского национального центра научных исследований, в попытке создать то, что они называли «фрактальным объектом», пришли к идее использования лазера и мономера, который под воздействием лазера превращался в полимер. Заявку на патент они подали за 3 недели до американца Чака Хала. Первым объектом, созданным на аппарате, стала винтовая лестница. Технологию инженеры назвали стереолитографией, а патент был одобрен только в 1986 году. Благодаря им самый известный формат файла для 3D-печати и называется STL (от англ. stereolithography). К сожалению, институт не разглядел перспектив в изобретении и его коммерциализации, и патент не был использован для создания конечного продукта.

Чак Халл, создатель лазерной стереолитографии SLA

В тоже самое время Чак Халл работал в компании, которая делала покрытия для столешниц и мебели при помощи ультрафиолетовых ламп. Производство небольших пластмассовых деталей для прототипирования новых конструкций изделий занимало до двух месяцев. Чаку пришла в голову идея ускорить этот процесс совместив УФ технологию и размещение тонкого пластика послойно. В компании ему выделили небольшую лабораторию для экспериментов, где он работал по вечерам и выходным. В качестве материала Чак использовал затвердевающие под воздействием ультрафиолета фотополимеры на акриловой основе. Однажды ночью после месяцев экспериментов он смог наконец напечатать образец и был настолько окрылен удачей, что пошел домой пешком. Чак показал свое изобретение жене. Это была чашечка для промывки глаза, больше похожая на чашу для причастия, по мнению жены. Она и считается официально первой 3D-печатной моделью в мире и по-прежнему хранится в семье Халл, а после их смерти будет передана в Смитсоновский научно-исследовательский институт в Вашингтоне.

Чашечка Халла

Чак Халл подал патентную заявку 8 августа 1984, и 11 марта 1986 года она была одобрена. Изобретение получило название «Аппарат для создания трехмерных объектов с помощью стереолитографии». Чак основал свою компанию — 3D Systems, и в 1988 году выпустил на рынок первый коммерческий 3D-принтер – модель SL1.  

Карл Декард и Джо Биман (справа), изобретатели SLS 3D-печати (1987 г.)

Еще один новый способ 3D-печати появился примерно в то же время, что и SLA-печать. Это селективное лазерное спекание SLS, при котором лазер используется для превращения сыпучего порошка (вместо смолы) в твердый материал. Разработкой занимались Карл Декард, молодой студент бакалавриата в Техасском университете в Остине, и его преподаватель, профессор, доктор Джо Биман. Причем идея принадлежала Карлу. В 1987 году они вместе основали корпорацию Desk Top Manufacturing (DTM) Corp. Однако пройдет еще не менее 20 лет, пока SLS 3D-печать станет коммерчески доступной потребителю. В 2001 году компанию выкупил Чака Халл, 3D Systems.

Скотт Крамп, разработчик FDM способа 3D-печати (1988 г.)

Удивительно, но более простой и дешевый способ 3D-печати — FDM (Fused Deposition Modelling) был создан после SLA и SLS, в 1988 году. Его автором стал авиационный инженер Скотт Крамп. Крамп искал простой способ создания игрушечной лягушки для своей дочери и использовал горячий клеевой пистолет: расплавил пластик и разлил его по слоям. Так родилась идея FDM 3D-печати, технологии послойного наплавления пластикой нити.  Крамп запатентовал новую идею и стал соучредителем Stratasys вместе со своей женой Лизой Крамп в 1989 году. В 1992 году они выпустили на рынок свой первый серийный продукт — Stratasys 3D Modeler.

Этап 2: 3D-печать становится доступной

Первые создаваемые 3D Systems и Stratasys агрегаты были громоздкими и дорогостоящими. Стоимость одного составляла сотни тысяч долларов, и использовать их могли только крупнейшие компании автомобильной и аэрокосмической отрасли. Принтеры имели массу ограничений и не могли широко применяться. Развитие технологии шло очень медленно. Спустя 20 лет, в 2005 году появился проект RepRap (Replicating Rapid Prototyper) — самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов.

Его идейным вдохновителем был доктор Эдриан Бауэр из Университета Бата  в Великобритании. Целью проекта было «самокопирование», воспроизведение компонентов самих 3D-принтеров. На фотографии все пластиковые детали «ребенка» напечатаны на «родителе». Но фактически группа энтузиастов во главе с Эдрианом смогла наконец создать бюджетный 3D-принтер для домашнего или офисного использования.

Идею быстро подхватили трое техногиков из Нью-Йорка и открыли компанию по производству настольных FDM принтеров — MakerBot. Этот и стало вторым поворотным моментом в современной истории 3D-печати.

Параллельно шли разработки других технологий. Среди них можно выделить биопринтинг. Томас Боланд из Клемсонского Университета запатентовал использование струйной печати для 3D-печати живых клеток, что сделало возможным печать человеческих органов в будущем. Исследования в этой области ведут десятки компаний по всему миру.

Еще одним важным способом применения новой технологи стало создание протезов, сначала обычных, а потом и бионических. В 2008 году первый напечатанный протез был успешно трансплантирован пациенту и позволил ему вернуться к нормальному образу жизни.

Еще одним важным этапом стало появление в сети Интернет файлов печати с открытым исходным кодом. Сайты www.thingiverse.com, www.myminifactory.com и многие другие, содержат как бесплатные, так и платные файлы для 3D-печати. Пользователи делятся моделями в интернете и печатают их самостоятельно.

Этап 3: 3D печать сегодня 

В последние годы 3D-печать стала доступна массовому потребителю: цены на принтеры значительно сократились, а их использование стало удобнее. Фотополимерные 3D-принтеры печатают детализированные модели с высокой точностью и разрешением. Количество пользователей растет в том числе за счет огромного сообщества энтузиастов, готовых прийти на помощь новичкам. Этому способствует и наличие готовых файлов для 3D-печати и доступность программного обеспечение для создания моделей.

3D-печать становится уже стандартным решением в таких отраслях как стоматология, ювелирное дело, ортопедия, в других отраслях внедрение идет полным ходом. Перспективы бесконечны — от строительства домов до нейрохирургии, от печати шоколадом до печати металлом.

Александр Корнвейц,

Эксперт в области аддитивных технологий, основатель и генеральный директор компании «Цветной мир»

Технология DLP 3D печати — особенности и преимущества применения

Технология DLP 3D (DIGITAL LIGHT PROCESSING) – один из методов аддитивного производства, использующая в качестве рабочего материала жидкие фотополимерные смолы, затвердевающие в результате воздействия света, излучаемого цифровыми светодиодными проекторами (DLP). 

Что такое DLP 3D печать?

Данная технология впервые появилась в 80-х годах прошлого века. Ее разработала компания Texas Instruments, которая на то время являлась мировым лидером в области микроэлектроники. Ларри Хорнбек впервые создал методику цифровой обработки света. Он использовал цифровые зеркала, помещенные в матрицу полупроводниковой микросхемы. Каждое такое зеркало было пикселем в картинке и минимальным элементом для отображения. Постепенно методика совершенствовалась, развивалась, открывая новые горизонты для применения. И современные принтеры позволяют печатать трехмерные изделия размером от 2 мм и до 650х650х450 мм с минимальной толщиной стенки 0,8 мм.  

По своей сути технология очень схожа с лазерной стереолитографией (SLA), но в применении получается более дешевой. Здесь нет дорогостоящих лазерных излучателей, что позволило существенно снизить себестоимость производства. Также данная технология, в отличие от SLA имеет более высокую скорость печати при сохранении максимальной точности воспроизведения исходного изображения.

Описание технологии

Принципиальное устройство и работа принтеров, основанных на DLP 3D методике печати достаточно простое. Работает принтер под управлением специализированного программного комплекса. Первый этап печати – создание трехмерной модели будущего изделия. Готовый макет загружается в программу, которая автоматически разбивает объект, предназначенный для печати на слои заданной толщины, вплоть до нескольких микрон.

Технология DLP 3D может быть:

1. Обратной. В поддон принтера с прозрачным дном наливают жидкий фотополимерный состав. Рабочий столик перемещается в эту емкость, отступая от ее дна на толщину самого первого слоя будущего объекта. Под ванной располагается прибор, проецирующий на дно картинку первого слоя через фокусирующую линзу. Под воздействием ультрафиолетового источника света рабочая часть материала мгновенно застывает. После этого столик автоматически поднимается на следующий слой.
2. Прямой. Суть прямой печати очень схожа с обратной, но отличие в том, что DLP проектор располагается не под ванной с фотополимерным составом, а над ней. И первый слой начинает строиться не со дна ванны, а от поверхности материала. Получается, что во время работы платформа слой за слоем будет опускаться вниз.

Все эти шаги (перемещение столика, цифровая светодиодная проекция, ультрафиолетовое излучение) повторяются друг за другом. Новый слой прочно соединяется с предыдущим. При этом не остается никаких швов и видимых переходов. Постепенно, слой за слоем и получается печатаемый объект.   

Обязательное условие – глубина ванны и слой налитого фотополимера должны соответствовать размерам будущего изделия.  

Для понимания разницы между технологическими процессами лазерной стереолитографии и цифровой светодиодной печати, остановимся на особенностях SLA. Здесь рабочий блок не проектор, а луч лазера. Он не проецирует слой, а, обладая минимальной толщиной, точно повторяет форму модели, проходит по каждой точке будущего объекта, полимеризуя жидкий материал. В результате получают изделие, идентичное компьютерной модели.

Преимущества и недостатки DLP 3D печати

Технология DLP в 3D печати постепенно набирает обороты популярности благодаря наличию ряда внушительных преимуществ: 

• Высокая скорость печати. Здесь работа ведется не с каждой точкой объекта, а с его слоем, содержащим уже сотни, а то и тысячи таких точек. Благодаря этому печать происходит очень быстро.
• Достойная точность. Минимальная толщина рабочего слоя – 15 мкм, а это значит, что даже самые мелкие элементы из компьютерной модели будут идентично перенесены на печатаемый объект.
• Большой выбор материалов для печати. DLP принтеры работают с теми же материалами, что и SLA. Современный рынок предлагает масштабные линейки фотополимерных смол, имитирующие любые материалы, начиная от сверхтвердых пластиков и вплоть до резины. Все они представлены в большом варианте цветов.
• Невысокая стоимость принтера. Установки для цифровой светодиодной проекции обойдутся гораздо дешевле лазерных принтеров.
• Многие потребители уверены, что точность DLP печати значительно ниже, чем SLA и относят это к недостаткам технологии. Но здесь не все так однозначно. Следует понимать, что точность светодиодной цифровой печати зависит от качества используемого фотополимера и самого принтера, температуры окружающей среды. Так, лучшим материалом будет состав, включающий пигменты и блокаторы света. Они будут препятствовать рассеиванию потока и, соответственно, полимеризации материала, примыкающего к модели.

Также важно следить и за температурой полимера в поддоне. Сам принтер во время работы будет выделять много тепла, что может привести к нежелательной полимеризации состава. Чтобы этого не произошло, следует понизить температуру в помещении. Но и недостаток тепла – не лучшее решение, ведь излучаемой порции ультрафиолета может быть недостаточно для полного затвердевания материала. Эта проблема во многих принтерах решена наличием опции автоматического подогрева фотополимера. Также на качество печати оказывает влияние точность самого принтера. Она напрямую связана с разрешением светодиодного проектора.  

Хороший материал + качественный принтер + соблюдение технологии – и точность печати не будет уступать лазерной стереолитографии. И единственный условный недостаток данной технологии будет сведен к нулю.

Применение технологии DLP 3D

Несмотря на то, что DLP 3D принтер появился относительно недавно, он нашел широкое применение во многих областях науки, производства, техники. Данную технологию используют при изготовлении мастер-копий и моделей для литья и прототипов функционального тестирования. С ее помощью печатают:

— виниры, зубы для протезирования, коронки и другие стоматологические изделия; 
— ювелирные изделия, в том числе и дизайнерской продукции;
— элементы сложных пространственных конфигураций малых объемов;
— игрушки, декоративные элементы, сувенирную продукцию;
— изделия медицинского назначения;
— элементы для сенсорных, измерительных устройств, систем «умного» освещения;
— матрицы для производства силиконовых форм и другие изделия, требующие высокой детализации.  

Широко данная технология трехмерной печати используется и в различных отраслях промышленности — благодаря ее высокому качеству, простоте использования, безотходности производства. 

Производители оборудования с технологией DLP 3D

Одним из ведущих производителей  3D принтеров, работающих по технологии  DLP, является итальянская компания SISMA S.p.A . История компании насчитывает уже  более полувека, основной специализацией всегда была разработка и производство высокоточного оборудования (ранее для обработки металлов, а теперь и для аддитивного производства).

С появлением  в промышленности такого материала, как пластик, лазерных систем и 3D технологий SISMA разработала новые решения для производства и включила в свою линейку лазерные 3D принтеры для печати металлом и пластиком. Оборудование разработано с использованием современных технологий: стереолитографии (SLA), лазерного спекания/плавления металлов (SLM/LMF), цифровой обработки светом (Digital Light Processing, DLP).  

В нашем каталоге представлены флагманские модели DLP 3D принтеров от компании SISMA: SISMA EVERES ZERO/UNO, SISMA EVERES VARIO и другое оборудование для аддитивного производства.

«Серния Инжиниринг» предлагает профессиональное оборудование для 3D печати DLP в Москве, Санкт-Петербурге и с доставкой в другие регионы РФ. Все товары имеют сертификаты соответствия и официальные гарантии. Если потребуются дополнительные консультации, свяжитесь с менеджерами компании по телефону, через электронную почту или форму обратной связи.

Технология печати на 3D-объектах

Уэйн Бучар, главный инженер Xerox, рассказывает о новой индустрии прямой печати на объектах.

Агенты изменений

Уэйн Бучар: печать на 3D-объектах

«Приложения в этой сфере могут быть ограничены только фантазией – это синий океан, так как еще никто не работал в этом направлении»

Новые индустрии за пределами печатных страниц

Уэйн Бучар (Wayne Buchar) работает в Xerox на должности главного инженера и руководителя проектов, его всегда интересовали изобретения и способы решения проблем. Ему интересно, как работают те или иные вещи. Поэтому в восемь лет он создал передатчик для управления моделями самолетов, в колледже придумал ультразвуковой микроскоп, завоевавший многочисленные награды, а во взрослой жизни разработал технологию прямой печати на объектах. 

Что такое прямая печать на объектах? Представьте себе трехмерный объект. Например, чашку, бутылку с водой или мяч. Теперь представьте, что изображение можно печатать непосредственно на поверхности этих предметов, даже если поверхность неровная и с изгибами. Принтер Xerox® Direct to Objects для струйной печати на предметах, в разработке которого участвовал Уэйн Бучар, может наносить индивидуальные изображения на поверхности из пластмассы, металла, стекла и керамики всего за несколько минут. Прямая печать на объектах выводит персонализацию на качественно новый уровень, эта технология меняет правила игры для розничной торговли, поставщиков услуг печати и организаторов мероприятий. Прочитайте интервью с Уэйном Бучаром, чтобы узнать больше о его стремлении к инновациям и о том, как он придумал прямую печать на объектах.

Уэйн, вы всегда были изобретателем? Даже в детстве?

Да, это правда. Я увлекался радиоуправляемыми моделями самолетов. Во всех кружках я всегда был самым младшим из участников. В клубе авиамоделирования тоже. Когда мне было восемь, вместе с отцом я сконструировал свой собственный передатчик. Меня всегда интересовала электроника. В колледже я получил премию National Technology Award за изобретение ультразвукового микроскопа. После этого меня пригласили на собеседование в компанию Xerox. Потому что я получил национальную премию. 

Ваши родители были инженерами?

Да, мой отец был инженером. Он занимался программным обеспечением. Он начал учить меня с самого раннего возраста. Когда мне было восемь, я помогал ему чинить автомобиль. Он всегда брал меня с собой и учил всему, что знал. Он никогда не отдавал вещи в ремонт другим людям. Никогда. Поэтому, когда ломался цветной телевизор, то чинили его мы вдвоем. Я сидел и наблюдал, как он работает. А он объяснял все, что делает. Я помню, что в мои 12 лет он объяснил мне, что такое память на магнитных доменах. Он тогда работал над созданием такой памяти в IBM. Мне очень повезло, что отец любил все мне объяснять и разрешал ему помогать. Так было всегда.

Расскажите о своей карьере в компании Xerox.

Много лет я возглавлял подразделение по разработке сканеров. Мы создавали технологии обработки изображений. Меня всегда очень интересовали инновации. Потом я стал руководителем программы и главным инженером CiPress. Когда этот продукт был готов, я снова вернулся к работе над новыми идеями. Я имею в виду программу NewStarts под руководством Брендана Кейси. Именно тогда у нас возникла идея создать промышленную машину для струйной печати Brenva.

В подразделении Xerox в Вилсонвилле, штат Орегон, нашлось несколько инженеров, которые участвовали в разных конференциях по струйной печати. Они сказали: «Наши печатные головки и наши технологии струйной печати могут намного больше, чем просто печатать на бумаге». Они пришли с горящими глазами и сообщили: «Послушай, в этом скрываются огромные возможности! Зачем мы зациклились на том, чтобы печатать только на бумаге?»

Я позвонил своему другу Дэвиду Тейту, он работал в Вилсонвилле в должности директора по развитию бизнеса. Я сказал ему: «Дейв, тебе приходилось сталкиваться с такой ситуацией, когда клиента полностью устраивают ваши печатающие головки, при этом им нужна команда инженеров, чтобы создать новый продукт на базе этих печатающих головок?». Он ответил: «Уэйн, это происходит постоянно». Тогда я сказал: «В следующий раз, когда к тебе обратится такой клиент, попроси его позвонить мне».

Через три дня мне позвонил Чак Халл (Chuck Hull). Он изобрел трехмерную печать. Именно он запустил производство 3D-систем. Он позвонил мне лично и сказал: «Уэйн, я слышал, что ты можешь нам помочь. Вместе мы можем добиться поразительного результата. Я видел вашу машину CiPress со всеми этими печатающими головками. Только представь, что можно делать с помощью трехмерного принтера». Меня это увлекло. Я назвал проект Engineering Services и сказал: «Если к нам будут обращаться люди, которым нужна помощь с интеграцией печатающих головок, то направляйте их сюда». И нам посыпались звонки.

Какой вклад вы внесли в разработку технологии прямой печати на предметах?

Я собрал команду, и нам нужно было преодолеть некоторые технологические трудности. Например, научиться посылать капли краски на довольно большое расстояние. Многие люди неправильно представляли себе принцип струйной печати. Даже наши специалисты по струйной печати говорили мне: «Из этого ничего не выйдет».

После многих попыток и экспериментов мы все же научились посылать капли чернил на расстояние от 5 до 7 мм. При обычной печати это расстояние составляет от 0,5 до 1 мм, иногда даже до 2 мм. Но 5–7 миллиметров — это уже практически полноцветный цифровой аэрограф. Именно это достижение легло в основу принтера Xerox для струйной печати на предметах. Теперь мы распыляем чернила не на ровную поверхность, а на изогнутую, для этого нужно правильно послать капли на поверхность и обеспечить их точное попадание.

Каким вы видите будущее этой технологии?

Да, конечно. Это только одна из новых технологических платформ, над которыми мы работаем. Например, мы установили печатающую головку на роботизированную руку, и теперь можем печатать на зданиях и самолетах. Мы здесь занимаемся самыми разными проектами. Именно поэтому я и начал работать в проекте Engineering Services. Если вы заходите и говорите: «Мы инженерное подразделение Xerox, и мы хотим вам помочь», то вы получаете самые разные запросы.

Наш принтер для струйной печати на предметах был первым в мире. Я думаю, его по достоинству оценят розничные продавцы. Это полностью новая технология, поэтому мы все еще пытаемся понять все потенциальные сферы применения. А этих сфер бесчисленное количество, целый океан. Ведь этого раньше не делал никто. Технология может развиваться в разных направлениях.

Принтеры для прямой печати могут пригодиться в магазинах розничной торговли, в распределительных центрах, на производственных предприятиях. Кроме того, эту технологию, позволяющую посылать капли чернил на такое расстояние, можно использовать на производственных линиях для печати этикеток. Сейчас мы работаем над тем, чтобы дополнительно улучшить эту технологию и сделать ее дешевле. И чтобы создать такие версии устройства, которые можно успешно внедрять в производство.

Прямо сейчас основной спрос идет со стороны компаний, занимающихся графикой, которые хотят продемонстрировать результаты своей работы клиентам. Например, они создали серию новых логотипов для клиента и хотят получить технологию для их печати на предметах. Сегодня им приходится идти и заказывать штампы. Этикетки, трафареты, штампы — все нужно заказывать.

Это довольно долгий и дорогостоящий процесс. А потом клиент говорит: «Все хорошо, но вот цвет мне не совсем нравится. И еще, давайте добавим пару звездочек в правом углу», ну или что-то в этом роде. И процесс приходится начинать заново. Принтер Xerox для струйной печати на предметах позволяет просто поместить нужный предмет в принтер, и через две секунды изображение будет готово. Графические дизайнеры могут сразу показывать клиентам, как будет выглядеть созданный логотип и оперативно вносить изменения. И это очень важное отличие. Скорее всего, это полностью изменит подход графических дизайнеров к работе.

Большой интерес к нашему изобретению проявляют спортивные площадки, например, стадионы для бейсбола и футбола. Им нравится идея, что устройство можно поставить на колеса и привезти прямо на стадион или на торговую выставку. Несколько круизных кораблей тоже интересовались нашим принтером. Идея в том, чтобы установить на корабле один-два принтера, которые помогут людям запечатлеть памятные для них моменты. Пока ничего подобного в мире нет, поэтому мы узнаем все новые потенциальные сферы применения.

Может, это устройство станет предшественником 3D-печати?

Это может стать хорошим дополнением. Один из наших клиентов — крупный торговый центр. Когда их люди увидели этот принтер, они сказали: «Это имеет намного больше смысла, чем пытаться полностью печатать предметы на 3D-принтере. По сути это печать на готовых трехмерных предметах». И напечатать изображение можно меньше чем за минуту, не нужно ждать целый день, чтобы создать предмет на 3D-принтере. Потом нужно извлечь изделие из формы. Зачастую оно покрыто воском. Потом его нужно поместить в кислоту. Именно поэтому они мне так и сказали.

В принтерах Xerox для струйной печати на предметах используется запатентованная технология печатающих головок. А наши печатающие головки по-настоящему уникальны. Они сделаны из нержавеющей стали и покрыты позолотой. Поэтому очень многие люди заинтересованы в сотрудничестве с нами. Поскольку в печатающих головках нет пластиковых компонентов, соприкасающихся с чернилами, мы можем использовать их для распыления кислоты и разных других жидкостей. Никто из конкурентов не может такого предложить. Кроме того, головки были созданы для работы с расплавленными твердыми чернилами, которые по своей структуре напоминают воск. Так что их можно использовать при высоких температурах. С ростом температуры жидкости становятся менее вязкими. Одна из самых больших сложностей в струйной печати — это пропустить чернила через очень тонкие отверстия. Поэтому вязкость жидкости должна быть минимальной. И если нагреть жидкости, то они станут очень текучими.  

Мы не знаем других производителей, чьи печатающие головки могли бы работать при температуре 105 градусов по Цельсию. Теперь мы можем создавать специализированные продукты, например, для медицины. Можно стерилизовать предметы, на которых вы печатаете, ведь головка работает при температуре, превышающей температуру кипения. Кто вообще мог об этом подумать, когда мы обсуждали идею печати воском? Благодаря тому, что мы научились печатать по технологии твердых чернил, мы теперь можем выходить на другие рынки.

Мы вместе меняем мир. Каждый из нас. С каждым вдохом наше присутствие приводит к цепной реакции в окружающем мире.

Но лишь немногие из нас способны менять жизнь других людей к лучшему. И только единицы делают это день за днем. Каждый день сотрудники научно-исследовательских центров Xerox испытывают новые технологии, которые приводят к изменениям.

Компания создает им возможности и предоставляет время, чтобы мечтать. А еще ресурсы, чтобы превращать мечты в реальность. Будь то изобретение новых материалов с невероятными характеристиками или использование виртуальной реальности для развития памяти у людей с болезнью Альцгеймера.

Мы гордимся нашими сотрудниками, которые двигают изменения в научно-исследовательских центрах Xerox по всему миру.

Технологии 3D печати — FDM, FFF, SLA, DLP, PolyJet, CJP, SLS, SLM

Цветная струйная 3D печать – технология CJP (ColorJet Printing) – запатентованная методика, изобретенная компанией 3D Systems. Она заключается в послойной склейке и окрашивании порошкового гипсового композита. 3D печать этого вида базируется на методике, которая называется 3DP, является ее усовершенствованием.
3D печать этим методом основывается на применении двух материалов: основной и связующий. Для создания базы слоя применяется расходный материал основного типа. Он состоит из гипса, смешанного с полимером. А связующий используется для склеивания и прокрашивания слоев.
3D принтер, работающий по технологии ColorJet Printing, имеет две камеры. В одну из них засыпается гипсовый композит, а вторая камера используется для удаления лишнего материала. Модель «выращивается» послойно. Специальный валик распределяет на рабочей платформе тонкий слой материала. Печатная головка наносит клеевой состав и окрашивает частицы основного расходного материала. Все это осуществляется в соответствии с загруженной математической 3D моделью. Рабочая поверхность опускается на величину слоя (0,1016 мм), и валик снова наносит слой гипсового композитного порошка, и так до тех пор, пока модель не будет напечатана до конца.
Технология печати ColorJet Printing отличается сравнительно низкой себестоимостью отпечатанных моделей. Преимуществом ее является отсутствие необходимости в поддержках, так как непроклееный материал будет выступать в качестве опорных конструкций. Кроме того тот материал, который не был использован в ходе печати, может использован повторно. Получается, что этот метод аддитивного производства является безотходным.
Технология CJP является единственной, которая использует полиграфическую цветовую палитру CMYK. Эта палитра включает 390 тысяч цветов и оттенков. Материал окрашивается в ходе проклеивания слоя, в результате чего получаются детали с прекрасной цветопередачей.
Точность построения модели данным методом очень высокая, минимальный печатаемый элемент имеет размеры 0,1-0,4 мм. Толщина стенок прототипа, которые не будут разрушаться под собственным весом, составляет 0,102-0,089 мм.
Для моделей, напечатанных по технологии ColorJet Printing свойственна типично гипсовая шершавая поверхность, отличающаяся высокой степенью гигроскопичности. Прочность моделей средняя. Однако готовые модели легко поддаются шлифовке, покраске и проклеиванию. Для улучшения характеристик модели и защиты их от влаги можно покрывать поверхность лаками, восками, смолами, а также всевозможными закрепителями.
Технология может использоваться для 3D печати архитектурных макетов, презентационных образцов изделий, сувенирной продукции, миниатюр и т.д. Несмотря на то, что изделия получаются невысокой прочности, они позволяют визуально оценить прототипы.
3D принтер CJP обладает внушительными габаритами и стоит довольно дорого, несмотря на то, что себестоимость напечатанных прототипов невысока, позволить себе такое удовольствие может не каждый. В нашей компании можно заказать 3D печать по технологии ColorJet Printing. Мы гарантируем вам оперативное исполнение заказа и полное соответствие прототипа смоделированному объекту. Все, что вам нужно – это предоставить нам STL-файл с 3D моделью.
Воспользуйтесь технологией 3D печати CJP с нашей помощью и оцените все ее достоинства на практике.

Когда мы сможем печатать новые органы на 3D-принтере

Миллионы людей в мире ждут своей очереди на пересадку органов. В одном только Китае в листе ожидания 1,5 млн человек, в США — 113 тыс., из них, в среднем, 20 человек в день умирают, так и не дождавшись донора. Новую почку — самый востребованный орган — приходится ждать от трех до пяти лет. Эту проблему можно решить: напечатав нужные органы на специальных 3D-принтерах.

Правда, не раньше, чем в ближайшие десять лет.

Технология биопринтинга: как и зачем сегодня печатают органы?

(Видео: РБК)

Как это устроено?

Принцип примерно тот же, что и в обычной 3D-печати: на специальном принтере мы получаем трехмерный объект.

Первый этап — предпринтинг: сначала создают цифровую модель будущего органа или ткани. Для этого используют снимки, полученные на МРТ или КТ.

Затем печатают, слой за слоем — эта технология называется аддитивной. Только вместо обычного 3D-принтера здесь специальный биопринтер, а вместо чернил — биоматериалы. Это могут быть стволовые клетки человека, которые в организме выполняют роль любых клеток; свиной коллагеновый белок или клеточный материал на основе морских водорослей.

Если клетки живые, их берут с помощью биопсии и подготавливают в биореакторе: пока они не размножатся делением до нужного количества. Во время печати биопринтер полимеризует клеточную структуру — то есть связывает ее с помощью ультрафиолетового света, нагревания или охлаждения. Клеточные слои связываются при помощи гидрогеля — органического или искусственного.

Затем полученную структуру помещают в биосреду, где она «дозревает» перед пересадкой. Это — самый долгий этап: он может длиться несколько недель. За это время структура стабилизируется, а клетки готовы выполнять свои функции.

Потом орган пересаживают и следят за тем, как он приживается.

Биопринтинг: как печатают живые органы на 3D-принтере

(Видео: РБК)

Помимо обычных аддитивных есть и другие биопринтеры. Одни из них печатают коллагеном непосредственно на открытую рану: так можно быстро нарастить новую кожу даже в полевых условиях. В этом случае этап дозревания (постпринтинга) пропускают.

Есть также принтеры, которые печатают в открытом космосе, в условиях невесомости. В будущем их можно будет применять на МКС:

---

История 3D-печати

---

Кто выпускает биопринтеры и сколько они стоят?

В мире более 100 компаний, которые выпускают биопринтеры для печати 3D. 39% из них — в США, 35% — в Европе (из них больше половины — во Франции и Германии), 17% — в Азии, 5% — в Латинской Америке.

В России биопринтеры выпускает 3D Bioprinting Solutions, она же занимается исследованиями в области биопринтинга.

Самый дешевый и компактный биопринтер — Tissue Scribe американской 3D Cultures, стоит от $1,5 тыс.

На втором месте — австралийский Rastrum от Inventia за $5 тыс.

Биопринтер Aether из США можно купить от $9 тыс.

Средний сегмент — от $10 тыс. и больше — представлен Bio X от CELLINK (Швеция), Regemat 3D испанской RX1 и канадским Aspect Biosystems.

От $100 тыс. стоят 3D Bioplotter немецкой EnvisionTEC, еще дороже — российский FABION (3D Bioprinting Solutions).

Наконец, самые дорогие биопринтеры — больше $200 тыс. — это NovoGen MMX от Organovo (США) и NGB-R от Poietis (Франция).

Помимо стоимости принтера, сам процесс печати — это еще плюс 15—20% от цены всего проекта. Еще дороже обойдется получение необходимого клеточного материала.

Почему напечатанные органы до сих пор не пересаживают?

Пока что самым успешным опытом оказалась пересадка хрящевых тканей — тех самых ушей китайским детям.

Небольшие кости из искусственных клеток печатают на принтере, а затем покрывают слоем. Их планируют пересаживать вместо сломанного или поврежденного участка, после чего они за три месяца полностью регенерируют. В будущем технологию хотят использовать для травм позвоночника.

Самое перспективное направление — 3D-печать кожи. Уже через пять лет обещают, что это можно будет сделать прямо на человеке, поверх или вместо поврежденного участка. Кожу и другие ткани печатают из клеток больных раком, чтобы протестировать различные варианты терапии.

Более сложные органы — такие как почки или сердце — пока что печатают только в виде прототипов или пересаживают мышам, но не людям.

Чтобы органы хорошо приживались и функционировали в организме человека, берут клетки пациента, а потом они делятся, пока их не будет достаточно для печати. Существуют целые институты, которые создают клеточные линии для биопринтинга. Но проблема в том, что у клеток есть предел деления, после которого они уже не пригодны для использования. Поэтому можно напечатать модель сердца, но не в натуральную величину — то есть оно не подходит для пересадки человеку.

Вторая проблема — в том, что напечатанный орган должен функционировать в связке с остальным организмом: переваривать пищу, выделять гормоны, доставлять кровь и кислород. За все это отвечает сложная система клеток, тканей, нервов и сосудов. Воспроизвести ее в точности пока что не получается.

Программное обеспечение для биопринтеров тоже на стадии разработки: чтобы довести его до совершенства, нужно обработать большой объем медицинских, клинических, статистических данных.

Наконец, технологии биопринтинга пока что никак не регулируются. Все исследования должны пройти все стадии тестов — в том числе на человеке, а потом — получения патентов.

Пока что эксперты прогнозируют внедрение технологий не раньше, чем через 10—15 лет. К тому времени биопринтеры и клеточные материалы станут широко доступными, и пользоваться биопечатью смогут даже в самых отдаленных регионах.

Что еще почитать:

---

Подписывайтесь и читайте нас в Яндекс.Дзене — технологии, инновации, эко-номика, образование и шеринг в одном канале.

История 3D печати с середины 19 века по сегодняшний день

Ранние корни возникновения 3D печати можно обнаружить еще в середине 19 века, и основы ее можно проследить как минимум в двух технических областях: топография и фотоскульптура.

Топография

1892 — Joseph E. Blanther запатентовал метод послойного изготовления топографических карт из восковых пластин.1940 – Переру предложил аналогичный метод создания рельефной карты путем разрезания картонных листов по контуру и последующей укладки этих листов для формирования трехмерной карты1964 – С целью совершенствования данного подхода Занг предложил использовать прозрачные пластины и наносить топографические элементы на каждый слой.

1973 – Гаскин описал трехмерную геологическую образовательную модель

1974 – Matsubara из Mitsubishi Motors предложил использовать в топографии фотополимерную смолу. Метод заключался в нанесении фотополимера на огнеупорные тугоплавкие материалы (например, песок или графитовый порошок) и формировании целостного листа под воздействием температуры.  Далее при помощи источника света (например, ртутная лампа), определенные отсканированные части слоя затвердевали. Неотвержденные части в последствии растворяли. Сформированные таким образом тонкие слои складывали вместе для образования литейной формы.

1976 – DiMatteo признал, что эти же приемы укладки могут быть использованы для получения поверхностей, которые наиболее сложно изготовить, используя стандартные операции обработки. В качестве примеров он приводит пропеллеры, воздушные пленки, трехмерные кулачки и пресс-формы. 

Фотоскульптура

1860 – французский художник, фотограф и скульптор Франсуа Виллем (François Willème) изобрел метод фото-скульптуры (photosculpture). При помощи 24 фотоаппаратов, расположенных по кругу и одновременно фотографирующих объект, он получал точную трехмерную копию объекта. Для создания прототипа использовался силуэт каждой фотографии.

1904 – В попытке облегчить трудоемкий процесс фотоскульптуры Виллема, Baese описал технику с использованием градуированного света на желатин, который расширяется пропорционально экспозиции при обработке водой.

1935(1944) – В некоторых ранних работах Мориока разработал гибридный процесс, сочетающий аспекты фотоскульптуры и топографии. Этот метод использует структурированный свет (черные и белые полосы света) для создания контурных линий объекта. Контуры могут быть преобразованы в слои для последующей обрезки и укладки или проецирования на материал заготовки для резьбы.

1951 – Мюнц предложил систему, которая имеет особенности современных методов стереолитографии. Он описал систему выборочного воздействия прозрачной фотоэмульсии на послойный образ, где каждый слой получается из поперечного сечения сканируемого объекта. 

Эти слои создаются путем опускания поршня в цилиндр и добавления соответствующих количеств фотоэмульсии и закрепителя. После экспонирования и фиксирования, полученный твердый прозрачный цилиндр содержит изображение объекта. Впоследствии этот объект можно вручную обрезать для создания трехмерного объекта. 

Современная 3D печать

1981 – Хидео Кодама из Нагойского муниципального исследовательского института промышленности публикует первый отчет о работе фотополимерной системы быстрого прототипирования.

1984 – Основатель 3D Systems Чарльз Халл (Charles Hull) изобретает технологию стереолитографии (SLA) и патентует в 1987 году. Технология позволяет получить 3D-модель, используя лазер для гравировки объекта в специальной жидкости (фотополимере).

1991 – Stratasys производит первый в мире FDM принтер. Технология FDM (моделирование методом послойного наплавления) использует пластик и экструдер для нанесения слоев на печатную платформу.

1992 – 3D Systems производят первый SLA 3D-принтер.

1992 — DTM производит первый SLS 3D принтер.Технология SLS (выборочное лазерное спекание) похожа на SLA, но использует порошок (и лазер) вместо жидкости.

1994 – Изобретен восковой принтер.

1997 – Aeromet изобретает лазерное аддитивное производство.

1999 – Ученые смогли вырастить органы из клеток пациента и использовать 3D-печатный каркас для их поддержки.

2000 – Object Geometries производит первый струйный 3D принтер

2000 – Z Corp производит первый многоцветный 3D-принтер.

2001 – Solidimension производит первый настольный 3D-принтер.

2002 – производятся миниатюрные 3D-печатные почки.Ученые намерены произвести полноразмерные, рабочие органы.

2005 — доктор Адриан Бойер из Университета Бата основал проект RepRap, который был задуман, как демократизация технологии 3D печати.

2008 — RepRap Darwin производит первый 3D-принтер, который в состоянии воспроизвести многие собственные элементы.

2008 — Stratasys производит первый биосовместимый FDM материал.

2008 – Изготовлен первый 3D протез.

2008 – Shapeways запускает интернет магазин 3D моделей.

2008 – Makerbot запускает Thingiverse – сайт для свободного обмена файлами 3D моделей 

2009 — Makerbot производит расширенный комплект RepRap для широкой аудитории.

2009 — Organovo производит первый 3D печатный кровеносный сосуд.

2011 – на 3D принтере напечатан первый автомобиль

2011 – Корнельский университет создал первый пищевой 3D принтер

2012 – LayerWise печатает первые в мире челюсти и имплантирует их.

2013 — Коди Уилсона просят удалить конструкцию первого в мире 3D-печатного пистолета

2014 – НАСА отправила 3D принтер в космос, чтобы напечатать первый в мире объект за пределами Земли.

2015 – Компания Carbon выпускает свой революционный сверхбыстрый 3D принтер CLIP 3D

2016 – Лаборатория Дэниела Келли объявляет о возможности использования 3D принтеров для печати костей.

Сфера 3D печати не стоит на месте и постоянно развивается. Добавляются новые материалы, совершенствуются технологии. В компании 3D4U вы можете заказать 3D печать FDM или DLP высокого качества по доступным ценам. В нашем арсенале достаточное количество 3D принтеров для реализации проектов. Спектр материалов для 3D печати также достаточно широк (ABS, PLA, PET, PP, HIPS, TPU, PRIMALLOY, фотополимеры), что позволяет внедрять инновационные технологии во многие сферы повседневной жизни.

Когда была изобретена 3D-печать? История 3D-печати —

Когда вы впервые услышали слова «3D-печать», вы вообразили себе суперфутуристическую технологию, как в фильмах, но когда она действительно была изобретена ?

Хотя термин 3D-печать может звучать как нечто, что вы ожидаете услышать в научно-фантастическом романе, история 3D-печати, также известной как аддитивное производство, длиннее, чем вы думаете.

Продолжайте читать, чтобы узнать об истории 3D-печати, и наших прогнозах BCN3D о том, в каком направлении будет развиваться эта технология в будущем.

История 3-х фазной 3D-печати

1980-е годы: когда была изобретена 3D-печать?

Первые задокументированные итерации 3D-печати можно проследить до начала 1980-х годов в Японии. В 1981 году компания Hideo Kodama пыталась найти способ разработать систему быстрого прототипирования. Он придумал послойный подход к производству, используя светочувствительную смолу, полимеризованную ультрафиолетовым светом.

Хотя Кодама не смог подать заявку на получение патента на эту технологию, его чаще всего считают первым изобретателем этой производственной системы, которая является ранней версией современной машины SLA.

Через несколько лет во всем мире трио французских исследователей также стремились создать машину для быстрого прототипирования. Вместо смолы они стремились создать систему, которая превращала жидкие мономеры в твердые частицы с помощью лазера.

Как и Kodama, они не смогли подать заявку на патент на эту технологию, но им по-прежнему приписывают создание системы.

В том же году Charles Hull подал первый патент на стереолитографию (SLA).Американский производитель мебели, который был разочарован тем, что не может легко создавать небольшие нестандартные детали, Халл разработал систему для создания трехмерных моделей путем отверждения светочувствительной смолы слой за слоем.

В 1986 он подал заявку на патент на технологию, а в 1988 году он основал 3D Systems Corporation. Первый коммерческий 3D-принтер SLA, SLA-1, был выпущен его компанией в 1988 году.

Но SLA был не единственным процессом аддитивного производства, который исследовался в то время.

В 1988 году компания Carl Deckard из Техасского университета подала патент на технологию селективного лазерного спекания (SLS). Эта система расплавляла порошки вместо жидкости с помощью лазера.

Машины для производства SLS на складе Fundació CIM

Моделирование наплавленного осаждения (FDM) также было запатентовано примерно в то же время Скоттом Крампом. FDM, также называемый Fused Filament Fabrication, отличается от SLS и SLA тем, что нить вместо света экструдируется непосредственно из нагретого сопла.Технология FFF стала самой распространенной формой 3D-печати, которую мы видим сегодня.

Эти три технологии — не единственные существующие методы 3D-печати. Но это те три элемента, которые служат строительными блоками, которые заложат основу для развития технологий и разрушения отрасли.

1990-2010: рост

В 90-х годах многие компании и стартапы начали появляться и экспериментировать с различными технологиями аддитивного производства.В 2006 году был выпущен первый коммерчески доступный SLS-принтер , который изменил правила игры с точки зрения производства промышленных деталей по запросу.

Инструменты CAD также стали более доступными в это время, что позволяет людям разрабатывать 3D-модели на своих компьютерах. Это один из самых важных инструментов на ранних этапах создания 3D-печати.

В то время машины сильно отличались от тех, что мы используем сейчас. Их было сложно использовать, они были дорогими, и многие из финальных отпечатков требовали большой постобработки.Но инновации происходили каждый день, а открытия, методы и практики совершенствовались и изобретались.

Затем, в 2005 году, Open Source изменил правила игры для 3D-печати, предоставив людям более широкий доступ к этой технологии. Доктор Адриан Бауэр создал проект RepRap, который был инициативой с открытым исходным кодом для создания 3D-принтера, который мог бы построить еще один 3D-принтер вместе с другими 3D-печатными объектами.

RepRapBCN в центре склада Fundacio CIM показывает посетителям машины RepRap.

В 2008 году был напечатан первый протез ноги , сделав 3D-печать центром внимания и представив этот термин миллионам людей по всему миру.

Затем, в 2009 году, патенты FDM, поданные на в 80-х годах, стали общественным достоянием , изменив историю 3D-печати и открыв двери для инноваций. Поскольку технология стала более доступной для новых компаний и конкурентов, цены на 3D-принтеры начали снижаться, а 3D-печать становилась все более доступной.

3D-печать сейчас

В 2010-х годах цены на 3D-принтеры начали снижаться, сделав их доступными для широкой публики. Наряду со снижением цен повысилось качество и простота печати.

Материалы, которые используют принтеры, также претерпели изменения. Сейчас широко доступны различные пластмассы и волокна. Такие материалы, как углеродное волокно и стекловолокно, также можно напечатать на 3D-принтере. Некоторые креативщики даже экспериментируют с такими материалами для печати, как шоколад или паста!

В 2019 было завершено строительство , самого большого в мире функционального здания, напечатанного на 3D-принтере.В настоящее время 3D-печать постоянно используется при разработке слуховых аппаратов и других медицинских приложений, и многие отрасли и секторы внедрили эту технологию в свой повседневный рабочий процесс.

Можно с уверенностью сказать, что история 3D-печати все еще пишется.

Инновации и идеи рождаются каждый день. Мы очень рады видеть, что будет дальше!

История 3D-печати Хронология: Кто изобрел 3D-печать

3D Insider поддерживается рекламой и зарабатывает деньги на кликах, комиссионных от продаж и другими способами.

Первый когда-либо созданный 3D-принтер был создан в 1983 году Чаком Халлом.

Ажиотаж в области 3D-печати начался несколько лет назад, что сильно привлекло внимание широкой публики. СМИ сыграли огромную роль в том, что «3D-печать» стала последним девизом технологических инноваций. Они начали регулярно демонстрировать истинный потенциал этой увлекательной индустрии. С тех пор 3D-печать захватила нацию штурмом. Людям нравится возможность создавать всевозможные индивидуальные продукты, когда они им нужны.Тем не менее, несмотря на это недавнее явление, 3D-печать существует уже некоторое время. Это точно существует намного дольше, чем думает большинство людей. Цель этого руководства — познакомить вас с подробной историей 3D-печати. Мы начнем с его зарождения до наших дней и далее.

3D-печать в условиях непрофессионала

Прежде чем двигаться дальше, важно дать определение 3D-печати в терминах непрофессионала для непосвященных читателей. Если вы уже понимаете, как работают 3D-технологии, можете пропустить этот раздел. Всем остальным придется заплатить вам за его прочтение. Не волнуйтесь; мы не будем вдаваться в технические подробности.

Вы часто слышите, что другие называют 3D-печать аддитивным производством (AM). Последний включает в себя весь процесс создания трехмерных твердых объектов из файлов, сгенерированных компьютером, или цифровых файлов. Фактический процесс 3D-печати — это лишь часть всей процедуры. Несмотря на это, в наши дни эти два термина в значительной степени взаимозаменяемы, поэтому для простоты мы будем чаще всего использовать 3D-печать.

Так что же такое 3D-печать и почему это должно вас волновать?

В последние несколько лет технология 3D-печати начала революцию в способах производства целых физических объектов и деталей. Спектр товаров, производимых сегодня с помощью 3D-печати, огромен и продолжает становиться все более амбициозным. На момент написания мы могли напечатать на 3D-принтере все, что угодно, от простых игрушек до одежды и инструментов. Мы также можем использовать эту технологию для производства музыкальных инструментов и даже частей человеческого тела.Да, вы все правильно прочитали. Потенциал, кажется, безграничен.

Как именно работает 3D-печать?

Лучший способ описать 3D-печать — это посмотреть, как работает обычный струйный принтер. Сначала мы создаем компьютеризированный файл в любой форме. Это может быть файл текстового редактора, электронная таблица или изображение и т. Д. Когда наш файл готов, мы загружаем его на принтер через компьютер, а затем нажимаем кнопку «ПЕЧАТЬ» ‘ кнопка. Затем принтер выдавливает (выталкивает) чернила из сопла на бумагу.После одного цикла печати конечным результатом является двухмерное представление цифрового файла. Аналогичным образом работает 3D-печать. Основные отличия заключаются в используемых материалах и дополнительных циклах печати.

При 3D-печати вам также необходимо загрузить цифровой файл на принтер. Вы увидите, что эти файлы называются трехмерными моделями, трехмерной компьютерной графикой, файлами САПР и т. Д. Какими бы они ни были, 3D-принтеру нужен файл, прежде чем он сможет напечатать ваш дизайн. В 3D-печати используются специальные типы чернил, известные как нити.Они могут варьироваться от термопластов до металлов, стекла, бумаги и даже древесных материалов. Позже мы подробнее рассмотрим материалы для 3D-печати. И еще одно главное отличие состоит в том, что для создания физического объекта 3D-печать должна проходить через множество циклов или слоев печати. Отсюда оно и получило название «аддитивное производство». Как видите, теории печати между струйной и 3D-печатью очень похожи.

Что еще мне нужно знать о 3D-печати и технологиях принтера?

Самым интересным в 3D-печати сегодня является то, что она больше не является делом ученых, инженеров и научных экспериментов.Он становится популярным из-за растущего спроса со стороны заинтересованных потребителей. В результате машины становятся меньше, легче в эксплуатации, при гораздо меньших затратах. Любители и энтузиасты теперь могут покупать недорогие 3D-принтеры по цене обычного смартфона. Некоторые даже думают, что скоро мы будем печатать на 3D-принтере наши собственные уникальные продукты по запросу. Как это круто!

3D-печать в конце 1980-х годов

Да, вы прочитали заголовок правильно. Стереолитография (SLA), широко известная как 3D-печать, существует с 1980-х годов.Эти пионеры назвали это технологиями быстрого прототипирования (RP). Для большинства из нас это непросто — отсюда и родился термин 3D-печать. Хотя печать — лишь одна часть процесса, большинство людей предпочитают использовать термин «3D-печать», говоря о технологии в целом. Еще в 1980-е мало кто мог реализовать весь потенциал этой удивительной технологии. Сначала они использовали этот ранний процесс как доступный способ создания прототипов для разработки продуктов в определенных отраслях.

Немногие об этом знают

Немногие об этом знают, но японский юрист по имени доктор Хидео Кодама был первым, кто подал патент на технологию быстрого прототипирования (RP). К несчастью для него, власти отклонили его ходатайство. Почему? Потому что Kodama пропустила годичный крайний срок и не смогла вовремя подать полные патентные требования. Это было еще в мае 1980 года. Поскольку доктор Кодама был патентным юристом, его ошибка была одновременно неприятной и катастрофической.

Вот еще кое-что, о чем мало кто знает: четыре года спустя после того, как докторKodama, французская команда инженеров решила использовать эту технологию. Хотя они очень интересовались стереолитографией, вскоре им пришлось отказаться от своей миссии. Несмотря на их лучшие намерения, с точки зрения бизнеса, к 3D-печати, к сожалению, не было никакого интереса. Но это еще не конец. Был еще кто-то, кто очень интересовался технологиями, и он продолжил с того места, где остановились французы.

Перемотка вперед к 1986 году

Фактическое происхождение 3D-печати, как мы ее знаем, имеет другую дату.Сегодня мы можем отследить самый первый патент на SLA с 1986 года. Чтобы дать вам представление о том, сколько времени он существует, если вам меньше 30 лет, то есть до вашего рождения. Патент принадлежал американскому изобретателю Чарльзу (Чаку) Халлу. Он был первым, кто изобрел машину SLA (3D-принтер). Это было первое в своем роде устройство, которое печатало реальную физическую часть из цифрового (сгенерированного компьютером) файла. Позже Халл стал соучредителем DTM Inc., которую позже приобрела 3D Systems Corporation.

Со своего скромного начала, 3D Systems Corporation стала именем, синонимом 3D-печати.Фактически, сегодня это одна из крупнейших и наиболее продуктивных организаций, работающих в более широком секторе 3D-печати. Даже сам Халл признал, что недооценил истинное влияние и потенциал своего творения на современный мир. Даже сегодня новые исследования и захватывающие инновации продвигаются вперед с беспрецедентной скоростью.

Вот краткое изложение событий:

• 1980: Доктором Кодама не удалось получить патент на технологию Rapid Prototyping (RP)
• 1984: Стереолитография занялась французской командой, но вскоре отказалась Чарльз (Чак) Халл
• 1987: Самая первая машина SLA-1
• 1988: Первая машина SLS от DTM Inc; позже приобретена 3D Systems Corporation

В это время в фоновом режиме происходило множество других, менее известных мероприятий:

• Производство баллистических частиц (BPM) запатентовано Уильямом Мастерсом
• Производство ламинированных объектов (LOM) запатентовано Майкл Фейгин
• Solid Ground Curing (SGC), запатентовано Ицхаком Померанцем и др.
• Трехмерная печать (3DP), запатентовано Эмануэлем Саксом и др.

Только те, кто участвовал в технологиях 3D-печати в начале 1990-х годов, знали о шумиха продолжается в то время.Но, как и все соревнования, лучшие из лучших выживают и продолжают оставлять свой след в мире. Сегодня у нас осталось три оригинала:

1. 3D Systems
2. EOS
3. Stratasys

Остальное, как говорится, уже история.

Когда 3D-печать впервые стала популярной

3D-печать впервые стала популярной еще в конце 1980-х, но не в общественном смысле. Его ранняя популярность была среди различных отраслей. Им он понравился, потому что предлагал быстрое прототипирование промышленных продуктов и образцов.Это оказалось быстрым и точным, но при этом рентабельным. Для многих отраслей технология быстрого прототипирования проверяла и продолжает проверять множество вариантов.

Как и все великие инновации, 3D-печать должна была пройти жизненный цикл, прежде чем она достигнет зрелости. Большинство хороших идей никогда не воплощаются в жизнь по разным причинам, но некоторым удается. Хорошая новость в том, что технология аддитивного производства (AM) сделала это. Если мы возьмем 3D-печать с момента ее возникновения до наших дней, она будет выглядеть примерно так:

1. Стадия младенчества: 1981–1999 гг.
2. Стадия подросткового возраста: 1999–2010
3. Стадия взросления: с 2011 г. по настоящее время

Кто-то скажет, что 3D-принтеры и технология 3D-печати сейчас в расцвете сил.Другие будут утверждать, что впереди еще долгий и увлекательный путь. Последняя группа, скорее всего, верна, поскольку перспективы на будущее выглядят невероятно. Подумайте о трехмерной еде и частях человеческого тела — все это на столе.

Давайте рассмотрим каждый из этих важных этапов по очереди:

Этап 1: История младенчества 3D-печати

Этот период длится с 1981 по 1999 год. Все началось в Японии с доктора Хидео Кодамы из Городской научно-исследовательский институт промышленности Нагои (NMIRI). Это был государственный исследовательский институт в городе Нагоя. Именно здесь доктор Кодама опубликовал свои открытия о полностью функциональной системе быстрого прототипирования (RP). В качестве материала для этого процесса использовался фотополимер — разновидность светоактивированной смолы. Это было время, когда появился первый твердый объект, напечатанный на 3D-принтере. Каждый цикл печати добавлял новый слой к предыдущему. При этом каждый из этих слоев соответствовал поперечному сечению в 3D-модели. Это было скромное начало отрасли.И вы знаете, что случилось после этого с неудавшимся патентом доктора Хидео Кодамы (см. Выше).

Достопримечательность: Фотополимер — это вещество на основе акрила. Он покидает сопло принтера в жидкой форме, откуда ультрафиолетовый (УФ) лазерный луч попадает на экспонированный материал. Обнаженный фотополимер мгновенно превращается из жидкого в твердый пластик. Когда напечатанные слои в конечном итоге достигают высоты модели, 3D-объект готов. Когда впервые появились новости о стереолитографии, они как ничто прежде взволновали изобретателей.Для них это означало, что у них есть возможность печатать точные прототипы и намного быстрее тестировать новые разработки. Это также означало, что они смогут печатать прототипы с гораздо меньшими первоначальными инвестициями и затратами.

Спустя три года, до 1984 года, настало время Чака (Чарльза) Халла. Халл открыл новые горизонты в технологии 3D-печати, изобретя стереолитографию (SLA или SL). SLA является особенным, поскольку позволяет дизайнерам создавать свои 3D-модели с использованием файлов цифровых данных. Затем они загружают эти файлы на принтер для создания реальных физических трехмерных объектов по одному слою за раз.

К 1992 году Чак Холл осуществил свою мечту и создал первую в мире машину SLA. Теперь любой, у кого были деньги, мог изготавливать сложные 3D-объекты и их части. SLA изменил правила игры. Этот новый процесс занял меньше времени по сравнению с более традиционными методами.

Также в 1992 году DTM Inc. представила миру первую в истории машину для селективного лазерного спекания (SLS). SLS работает, стреляя лазером по порошкообразному материалу, а не по жидкости.

Rough Around the Edges

Какими бы захватывающими ни были эти новые технологии, им еще предстояло пройти долгий путь, прежде чем они попадут в заголовки основных новостей.В частности, сложно было довести до совершенства сложные 3D-модели. Слишком часто предметы деформируются по мере затвердевания материала. Машины тоже были дорогими. Конечно, они были слишком дорогими для индивидуальных инвесторов и любителей. По этим причинам эта технология была неслыханной на протяжении десятилетий после тех первых изобретений. Даже сегодня, когда 3D-печать стала модным словом, реальный потенциал продолжает раскрываться.

Этап 2: Подростковая история 3D-печати

Подростковая история длится с 1999 по 2010 год.Широкая публика все еще не была знакома с технологией 3D-печати, но было много других. Это было десятилетие, когда мы увидели первый в истории орган, напечатанный на 3D-принтере. В данном случае это был человеческий пузырь. За это мы должны благодарить ученых из Института регенеративной медицины Уэйк Форест. Сначала они напечатали на 3D-принтере синтетические каркасы органа. После этого они покрыли его настоящими клетками, взятыми у реальных пациентов. То, что произошло потом, было так захватывающе. Хирурги смогли имплантировать пациентам новообразованную ткань.Что сделало это настолько новаторским, так это то, что собственная иммунная система пациента не отвергала имплант, сделанный из клеток его собственного тела. Даже сегодня это звучит неправдоподобно, но это произошло, и продолжают происходить большие и лучшие вещи.

Что касается медицины, то это было десятилетие технологий 3D-печати. По мере продолжения исследований появлялись все более удивительные возможности использования 3D-печати в медицине. Вот лишь три других, в которые трудно поверить:

1. Первая изготовленная функциональная миниатюрная почка
2. Первая протезная нога, которая включала сложные компоненты
3. Первые биопечатные кровеносные сосуды с использованием человеческих клеток

3D-печать с открытым исходным кодом Movement

Медицинская профессия была не единственным бенефициаром инноваций в 3D-печати в течение этого десятилетия. Это было также время, когда движение за открытый исходный код было вовлечено в эту технологию. Здесь следует упомянуть одно историческое движение, возглавленное доктором Адрианом Бойером в 2005 году. Его инициатива с открытым исходным кодом была амбициозным проектом. Задача заключалась в том, чтобы создать 3D-принтер, который мог бы построить сам или, по крайней мере, напечатать детали, необходимые для новой машины. Он удачно назвал этот проект «Replication Rapid-Prototyper Project» или сокращенно RepRap.

К 2008 году родился 3D-принтер Reprap Darwin.Этот проект с открытым исходным кодом помог привлечь внимание к 3D-печати. Впервые всерьез заговорили о потенциале 3D-технологий. Они могли видеть, что в их силах создавать всевозможные вещи, основанные на идеях. Веб-сайт под названием «Kickstarter» был запущен в 2009 году. В настоящее время это крупнейшая в мире платформа для финансирования творческих проектов. Только с этой платформы было реализовано бесчисленное количество проектов, связанных с 3D-печатью.

3D-печать становится модным словом

Примерно в середине 2000-х годов «3D-печать» стала модным словом.Самые первые машины для селективного лазерного спекания (SLS) должны были стать коммерчески жизнеспособными. В 2006 году налажено производство промышленных деталей по запросу. Вскоре после этого возможность печати с использованием других материалов еще больше взволновала промышленность. С инженерной точки зрения это было грандиозное дело, поскольку предлагались всевозможные варианты производства деталей. В конце этого юношеского периода в истории 3D-печати мы стали замечать появление различных сервисов совместного творчества. Появился легкодоступный рынок 3D-печати.В настоящее время люди могут выставлять свои проекты, делиться идеями и свободно обмениваться информацией.

Также в конце этой эры появился MakerBot. Это была первая в своем роде услуга по предоставлению комплектов для самостоятельного изготовления 3D-принтеров с открытым исходным кодом. Это был доступный способ для людей узнать все о технологиях, когда они строили свои собственные машины. Наконец-то 3D-принтеры стали доступны широкой публике.

Этап 3: История развития 3D-печати

Если вы думали, что 3D-печать достигла своего пика, подумайте еще раз.Как будто впереди нет пределов. Скорость, с которой технология набирает обороты в последнее время, просто впечатляет. Как будто мы живем в будущем. Для домашних пользователей, любителей и малого бизнеса новости становятся все лучше и лучше. Помимо впечатляющих технологий, другие причины, по которым 3D-печать становится настолько распространенной, заключаются в следующем:

• Стоимость 3D-принтеров резко упала
• Точность 3D-печати улучшилась и продолжает улучшаться
• Машины используются пользователями -дружелюбны (их может использовать кто угодно)
• С помощью бесплатных программ проще создавать 3D-модели
• Новаторы продолжают раздвигать границы, сохраняя свежесть и интересность

Чарльз Халл знал, что он нацелился на что-то большое, но он мог никогда не предполагал, насколько все это станет большим. Сегодня любой желающий может печатать не из пластика, а из других материалов. Среди прочего есть варианты печати металлом, стеклом, бумагой и деревом. То, что вы можете печатать, также поддерживает индустрию в живом и захватывающем духе. Вы можете распечатать музыкальные инструменты, украшения, предметы домашнего обихода и аксессуары для одежды. Будущий потенциал — это дома, напечатанные на 3D-принтере, дроны, автомобили, продукты питания и другие части человеческого тела. Вроде никаких ограничений нет.

3D-печать в наши дни — где мы сейчас?

Когда вы думали, что лучше уже не будет, дела идут всегда.По крайней мере, это похоже на 3D-печать. Прогресс настолько быстр и революционен, что совсем скоро последняя часть этого руководства устареет. Серьезно, иногда за этим невозможно угнаться. Когда мы все будем печатать собственные детали в 3D по мере необходимости, это лишь вопрос времени.

Итак, что дальше? Никто не знает наверняка, но мы все можем согласиться с тем, что в будущем будет еще больше писать об истории 3D-печати. На момент написания этого руководства единственными ограничениями на сегодняшний день является человеческое воображение, по крайней мере, так кажется.Если мы будем продолжать в том же духе, никакого «ВАУ» фактора больше не будет. Возможно, это единственный недостаток для тех из нас, кто любит сильно удивлять.

Дорога впереди

Сегодня 3D-печать становится все более популярной среди широкой публики. Большинство людей, по крайней мере, знает, что это такое сейчас и на что способно. Но в отличие от струйной печати, немногие из нас создают 3D-модели и распечатывают их дома на этих удивительных машинах. По крайней мере, пока! Стоимость снизилась на тысячи долларов за последние годы, а технология стала лучше и продолжает совершенствоваться.Но прямо сейчас средний человек не может оправдать владение собственными машинами, но это должно измениться в ближайшие годы. Это изменится из-за того, что мы сможем печатать в 3D из самых разных материалов.

Любой, кто хочет изучить 3D-печать и испытать эту технологию, может сделать это. Вам не нужно иметь 3D-принтер, чтобы печатать в 3D. Теперь можно создавать свои собственные 3D-модели с помощью одной из бесплатных онлайн-программ для 3D-дизайна, таких как Tinkercad.Когда ваша модель будет готова, вы можете найти местный или онлайн-сервис, чтобы напечатать вашу 3D-модель для вас. Это так просто.

У 3D-печати еще много истории, так что следите за этой страницей.

Автор Джозеф Флинт.

Фотография предоставлена ​​Адрианом Бойером

Предупреждение; Никогда не оставляйте 3D-принтеры без присмотра. Они могут представлять опасность для пожарной безопасности.

Это старше, чем вы думаете [обновлено]

• Концепция 3D-печати существует с 1945 года, а на практике — пусть даже примитивно — с 1971 года, предлагая более быстрый и эффективный метод изготовления вещей.
• Параллельное развитие технологии 3D-печати вплоть до потребительского и корпоративного использования позволило реализовать преимущества 3D-печати в строительстве, архитектуре, дизайне, производстве и других отраслях.
• Дальнейшее развитие технологий аддитивного производства и материалов для 3D-печати, особенно новых металлических сплавов, будет способствовать дальнейшему росту.
• В будущем ищите новые приложения для 3D-печати в аэрокосмической, электронной, медицинской, энергетической и автомобильной отраслях.

Какой технологии 80 лет в теории, 40 лет на практике и выглядит совершенно новой? Вы не поверите, но это 3D-печать.

Хотя повальное увлечение настольными 3D-принтерами началось примерно в 2010 году, когда такие компании, как MakerBot, вызвали у инвесторов и СМИ слюну, производственные специалисты знают, что этот процесс — нанесение материала на основу для создания объекта из цифрового 3D-дизайна — уходит корнями в прошлое. дальше.

Первый патент на процесс, называемый Liquid Metal Recorder, датируется 1970-ми годами, но идея намного старше.В 1945 году в прозорливом рассказе Мюррея Лейнстера «Вещи проходят мимо» описывается процесс подачи в эту движущуюся руку «магнетронного пластика — материала, из которого они делают дома и корабли сегодня». Он делает рисунки в воздухе по рисункам, которые сканирует с помощью фотоэлементов. Но пластик выходит из конца вытяжного рычага и затвердевает по мере его поступления ». То, что во времена Лейнстера было научной фантастикой, вскоре стало реальностью.

Уровни инноваций: хронология 3D-печати

1971– 1999: Появляется первый 3D-принтер Струйная технология

была изобретена корпорацией Teletype в 1960-х годах, это метод «вытягивания» капли материала из сопла с помощью электроники.В результате появилось устройство, способное печатать до 120 символов в секунду, и в конечном итоге проложили путь для настольной печати для потребителей.

Teletype позже экспериментировал с расплавленным воском, как описано в патенте 1971 года, принадлежащем Йоханнесу Ф. Готвальду, идея которого заключалась в том, чтобы выводить объект из жидкого металла, который затвердевает в форме, заданной движением струйного принтера, на каждом новом слое. Этим устройством был Liquid Metal Recorder, который является основой быстрого прототипирования и утверждал, что «печать» может выйти за рамки чернил.

Процесс экструзии материалов

Это были первые шаги на территории, называемой процессом экструзии материала, когда термопласт загружается в нагретое сопло и последовательно наносится на объект по одному «кусочку» за раз — тот же метод, который используется в бытовых настольных 3D-принтерах. Он быстрый и дешевый, но материалы (в основном резиновый пластик) не подходят для чего-либо, кроме моделей R2-D2 и гоночных автомобилей.

Планы по печати объектов с использованием жидкого металла относятся к 1970-м годам, но практическое аддитивное производство металлов появилось гораздо позже — и окажет влияние на многие другие отрасли по мере появления новых сплавов для 3D-печати.

В 1980 году доктор Хидео Кодама, юрист, работавший в государственном исследовательском институте в городе Нагоя, Япония, описал два метода видения Готвальда с использованием термореактивного полимера — специального пластика, который затвердевает под действием света — вместо металла. Его исследования были опубликованы в нескольких статьях и привели к его собственному патенту в ноябре 1981 года, но полное отсутствие интереса означало, что проект ни к чему не привел.

Тем не менее, семена были посеяны. Производитель электроники и обороны Raytheon подал патент в 1982 году на использование металлического порошка для добавления слоев к объекту.В 1984 году предприниматель Билл Мастерс подал патент на процесс под названием Computer Automated Manufacturing Process and System, в котором впервые упоминается термин 3D-печать . В другом патенте 1984 г. во Франции описывалось аддитивное производство с использованием стереолитографии, но, как и работа Кодамы, это не рассматривалось как не имеющее коммерческой привлекательности.

SLA-1 3D Systems Corporation

После всех этих начинаний изобретатель Чак Халл был первым, кто действительно построил 3D-принтер.Основываясь на его патенте на отверждение фотополимеров с помощью излучения, частиц, химической реакции или лазеров, его дизайн отправлял пространственные данные из цифрового файла в экструдер 3D-принтера, чтобы создать объект по одному слою за раз.

Метод стереолитографии 3D-печати, который сегодня доступен в стандартных машинах, был впервые запатентован в 1984 году, когда от него сразу отказались. Компания

Халла, 3D Systems Corporation, выпустила первую в мире стереолитографическую аппаратуру (SLA) SLA-1 в 1987 году.Эта машина позволяла изготавливать сложные детали слой за слоем за гораздо меньшее время, чем обычно. Халл подал более 60 патентов на эту технологию, став крестным отцом движения за быстрое прототипирование и изобрел формат файла STL, который используется до сих пор.

В ту эпоху 3D-печать была новой технологией, а материаловедение было не таким, как сейчас. Если изделие было изготовлено из популярных полимеров, они имели тенденцию к короблению при застывании.В то время машины также стоили сотни тысяч долларов, поэтому устройства для 3D-печати устанавливались только на предприятиях тяжелой промышленности, что было далеко от досягаемости потребителей.

1999– 2010: 3D-печать показывает свой потенциал

На фоне широко распространенных опасений, что ошибка 2000 года отключит компьютерные системы и вызовет цифровой Армагедон, 3D-печать показала большой потенциал для многих отраслей.

В этот период биоинженерия также добилась важных успехов. Ученые из Института регенеративной медицины Уэйк Форест в Уинстон-Салеме, Северная Каролина, напечатали строительные блоки мочевого пузыря человека, используя аддитивное производство и покрывая орган клетками пациента, поэтому тело вряд ли отвергнет напечатанный на 3D-принтере мочевой пузырь.

Следующее десятилетие ознаменовалось многими достижениями в области медицинской 3D-печати: ученые, технологи и врачи построили миниатюрную почку, сложный протез ноги и первые биоинженерные кровеносные сосуды, сделанные из донорских человеческих клеток.

В 2005 году в рамках проекта RepRap с открытым исходным кодом была создана машина Дарвина, 3D-принтер, который мог печатать большинство своих частей для самовоспроизведения. Любезно предоставлено RepRap.org.

3D-принтер RepRap

Но все движение — особенно движение к потребительскому использованию — получило большой импульс благодаря парадигме открытого исходного кода, охватившей сектор информационных и коммуникационных технологий (ИКТ). В 2005 году проект RepRap Адриана Бойера запустил инициативу с открытым исходным кодом для создания 3D-принтера, который мог бы построить сам себя — или, по крайней мере, напечатать большую часть своих собственных деталей.

Машина Дарвина 1.0 была первым практическим применением философии RepRap, и внезапно любой человек получил возможность создавать все, что только мог придумать. Запущенный примерно в то же время, Kickstarter дал дома 3D-печати еще один огромный импульс, поскольку проекты, финансируемые за счет краудфандинга, возникали повсюду. Производство быстро демократизировалось.

3D-принтер MakerBot

Коммерческая 3D-печать наконец появилась на настольных компьютерах в 2006 году от Objet (ныне Stratasys), которая позволила пользователям отправлять дизайны на свое устройство, чтобы печатать их из нескольких материалов с разными свойствами.

Торговые площадки и виртуальные своповые площадки для торговли, обмена и приобретения дизайнов возникли повсюду, вызвав огромный интерес. Когда в 2009 году появился MakerBot с наборами DIY с открытым исходным кодом для проектирования и печати чего угодно, он сделал соучредителя Бре Петтиса суперзвездой и придал 3D-печати такой же эффект, как и прошлые развивающиеся технологии, такие как социальные сети, электронная коммерция и даже сам Интернет.

Первые 3D-принтеры стоили сотни тысяч долларов. Сегодня настольные принтеры, такие как MakerBot Replicator +, стоят менее 2000 долларов.Предоставлено MakerBot.

2011– Сегодняшнее время: 3D-печать в лучшем виде

Сегодня аддитивное производство — это зрелая технология. Потребительский интерес и надежность промышленных платформ росли в течение 2010-х годов, когда (часто истеричный) ажиотаж вокруг MakerBot улегся, и отрасль нашла паз. Некоторые думают, что в будущем добавка заменит традиционные станки с ЧПУ и фрезерные производства, и в отчете Lux Research за 2021 год прогнозируется, что к 2030 году объем 3D-печати будет стоить 51 миллиард долларов.

Пластиковые настольные игрушки были убраны, оставив реальные преимущества, которые предлагает 3D-печать: все, от печати еды до нанесения нескольких материалов в одном процессе экструзии, что делает процесс быстрее и дешевле.

Диапазон материалов, доступных для 3D-печати, также вырос в геометрической прогрессии: от биопечати человеческих тканей и создания органов, созданных специально для пациентов, до изготовления изделий из серебра или золота.

Приложения также разнообразны, как и воображение изобретателей и инженеров.Ученые из Саутгемптонского университета запустили первый в мире беспилотный самолет, напечатанный на 3D-принтере; производители напечатанного на 3D-принтере автомобиля достигли отметки 200 миль на галлон с гибридным газовым / электрическим двигателем; и стартап, специализирующийся на строительстве экологических живых структур, разработал роботизированную среду обитания, подходящую для жизни на Марсе.

См. Также: Гибкое производство: адаптируйтесь и конкурируйте с новыми методами для достижения успеха в оборудовании. 3D-печать

используется для строительства убежищ в районах стихийных бедствий и доступного жилья в развивающихся странах.А интеллектуальная робототехника, микропроизводство и конструкция шарнирных конечностей были объединены для создания протезов с автономным питанием, обеспечивающих обратную связь с мозгом.

Многие высококачественные 3D-печати при производстве больших конструкций выполняются с использованием сплавления в порошковой среде, когда различные материалы могут быть использованы в порошкообразной форме и сплавлены вместе с помощью лазеров или нагрева. Это основной процесс, используемый для металлических деталей, но он дорогостоящий и требует особой инфраструктуры, что делает его применимым в основном для сектора тяжелой промышленности.

Отрасли, использующие 3D-печать

Тем не менее, аддитивное производство нашло применение во многих отраслях. Количество вещей из вашей повседневной жизни с некоторыми напечатанными на 3D-принтере компонентами может вас удивить.

3D-печать в строительстве

Строительство — это обширная, укоренившаяся сфера с наследием расточительных и опасных методов, на которые приходится почти 40% выбросов парниковых газов. 3D-печать может перевернуть ее с помощью более чистых методов создания изделий на основе цемента, таких как стены, и металлических компонентов, таких как арматура, а изменение климата делает эти изменения еще более важными.

Но скорость — еще одна веская причина для внедрения 3D-печати. В 2016 году китайская компания напечатала на 3D-принтере целый двухэтажный дом за 45 дней. В том же году Apis Cor 3D напечатала структуру дома площадью 400 квадратных футов всего за 24 часа. Аддитивные технологии также могут быть быстро и дешево развернуты в опасных местах, таких как шахты или районы бедствий; продолжаются исследования с целью использования материалов, найденных на местах, где расположены принтеры, вместо использования большего количества топлива и дымовых грузовиков для доставки материалов.

В 2019 году бостонская компания Apis Cor напечатала на 3D-принтере стеновые конструкции административного здания в Дубае с использованием собственной машины и смеси материалов. Любезно предоставлено Apis Cor.

3D-печать в архитектуре

Самые большие преимущества 3D-печати для архитектуры кажутся очевидными: проекты уже существуют со всеми мыслимыми деталями в цифровой форме, поэтому, если вы хотите произвести впечатление на клиентов или инвесторов, просто нажмите кнопку и через несколько часов разместите великолепную модель на столе в зале заседаний.Хотите изменить балку, переориентировать окно или добавить еще один сюжет? Переделайте свои рисунки, промойте и повторите.

3D-печать в дизайне и производстве продукции

Когда прототипы должны изготавливаться на тех же заводах или рядом с ними, где начинается финальное производство, это добавляет драгоценное время на этап проектирования и проверки разработки продукта, если разработчик и производитель расположены далеко друг от друга.

Имея доступ к 3D-печати, не имеет значения, насколько далеко находится завод; 3D-принтер в вашем офисе или гараже может создать столько прототипов, сколько вам нужно, по доступной цене и быстро, независимо от того, сколько изменений дизайна вам придется внести.

3D-печать может сделать производство жизнеспособным в любом регионе или экономическом климате, а не только в производственных центрах последних 30–40 лет.

Многие производственные процессы уже имеют средства для перехода на аддитивные процессы. А по мере того, как сроки разработки продукта еще больше сжимаются благодаря таким достижениям, как генеративный дизайн и более легкая транспортировка и перепрофилирование файлов дизайна, прототипирование и производство будут происходить быстрее, и все это со скоростью цифровых технологий.

Ранняя потребительская 3D-печать также обещала помочь сократить отходы за счет немного меньшего устаревания. Если сломанная деталь в старом пылесосе больше не производится, но файл дизайна для нее все еще существует на веб-сайте производителя, вам нужно только отправить его на свое настольное устройство и посмотреть короткое видео на YouTube, чтобы узнать, как установить Это.

Какое будущее у 3D-печати?

По данным Statista, ожидается, что мировой рынок аддитивного производства будет расти на 17% ежегодно до 2023 года, поскольку применение этой технологии увеличивается, а добавка металлов становится все более и более жизнеспособной.Ожидается, что рынок продуктов и услуг для аддитивного производства почти утроится в период с 2020 по 2026 год.

По мере развития 3D-печати она помогла удовлетворить потребности медицинской промышленности в таких вещах, как медицинские образцы по запросу, персонализированное протезирование и даже печать органов на основе биоинженерии.

Большой рост в аэрокосмической, электронной и медицинской промышленности

Такие отрасли, как производство, архитектура и дизайн продукции, несомненно, пожинают плоды 3D-печати, но наибольший рост ожидается в электронной, аэрокосмической и медицинской отраслях.Тодд Сперджен, инженер проекта аддитивного производства компании America Makes, говорит, что в электронной промышленности появятся такие вещи, как специальные радиаторы для высокопроизводительных продуктов, а в аэрокосмической отрасли появится большая доступность компонентов, напечатанных на 3D-принтере, которые будут использоваться с более высоких технологий. прекратить военные применения в авиации общего назначения. В медицинской отрасли по мере того, как все больше материалов оценивается для использования в медицине, а страховые компании все шире признают аддитивное производство, индивидуальный уход станет нормой.

«Возможно, прошли те времена, когда у нас был самый дорогой протез, который подходил бы на один размер», — говорит Сперджен. «Вскоре ожидается, что персонализированные протезы, адаптированные под конкретного пользователя, станут доступными для типичного американского дома — даже для растущих детей».

Новые приложения и новые материалы для 3D-печати

Помимо существующих технологий, аддитивное производство ожидает гораздо больше. По словам Сперджена, интересная работа ведется в сообществах, занимающихся прямым письмом и экструзией плотной пасты.Например, исследовательские группы изучают возможность смешивания отвержденных фотополимеров с передовыми системами материалов, такими как керамика и термореактивные пластмассы, которые в конечном итоге могут быть использованы для таких вещей, как печатные схемы, недорогие теплообменники и небыпная керамика.

См. Также: 3D-печать в космосе с лунной пылью — секрет вашего будущего Дом на Марсе

«Улучшения в этой области могут привести к более широкому внедрению аддитивного производства в высокотехнологичные приложения, такие как аэрокосмическая и автомобильная промышленность, а также в крупное производство. такие процессы, как опреснение воды », — говорит Сперджен.Еще больше возможностей открывается, если рассматривать эту технологию в сочетании с другими методами аддитивного производства, такими как печатные схемы, интегрированные в структуру протезирования, или новые форм-факторы для батарей.

Растет и список материалов для 3D-печати. «Огнеупорные суперсплавы сделают возможным инновации в энергетике, аэрокосмической и оборонной отраслях», — говорит Сперджен. «Сегодня разрабатываются более прочные полимеры, которые, вероятно, пройдут испытания на пламя, дым и токсичность, требуемые FAA, что приведет к снижению затрат на поддержание в соответствующих секторах.”

Благодаря новым исследованиям и разработкам в области аддитивного производства, будущее 3D-печати остается светлым — настолько ярким, что пришло время надеть ваши новые оттенки, напечатанные на 3D-принтере.

Эта статья обновлена. Первоначально она была опубликована в сентябре 2014 года. В написании этой статьи участвовала Дана Голдберг.

Дрю Терни пишет о технологиях, кино, науке, книгах и многом другом.

Кто на самом деле изобрел 3D-печать? «Fabbaloo

Изобретатель 3D-печати [Источник: Билл Мастерс]

Все мы знаем, что 3D-печать зародилась в середине 1980-х, но человек, который сделал это первым, вероятно, тот, о ком вы никогда не слышали.

История, которую теперь понимают все, — это история двух основателей гигантских компаний 3D-печати, 3D Systems и Stratasys. В августе 1984 года Чарльз Халл запатентовал то, что впоследствии стало процессом SLA, и в ходе этого процесса 3D Systems выросла до сегодняшнего гиганта.

Несколько лет назад мне посчастливилось держать в руках самый первый объект, напечатанный на 3D-принтере, сделанный Халлом, который до сих пор существует и считается ценным объектом для 3D Systems.

Точно так же Скотт Крамп разработал процесс FDM, который был запатентован в 1989 году. Эта технология превратилась в Stratasys, одну из крупнейших компаний 3D-печати на сегодняшний день.

Этим двум изобретателям в значительной степени приписывают создание 3D-печати в том виде, в котором она существует сегодня. Но так ли это на самом деле? Нам указали на другой более ранний патент другого изобретателя, Билла Мастерс из Южной Каролины.

2 июля 1984 года, за тридцать семь дней до патента Халла, Мастерс запатентовал US4665492A, «Автоматизированный производственный процесс и систему», который при долгом чтении кажется действительно процессом, описывающим нечто очень похожее на многие из сегодняшних процессов 3D-печати. . Реферат патента:

«Раскрыты автоматизированный компьютерный производственный процесс и система, которая включает в себя компьютерную систему, которая состоит из компьютера автоматизированного проектирования и контроллера машины, который принимает файл координатной информации. Изделие проектируется с помощью подсистемы автоматизированного проектирования и составляется файл данных с трехмерной координатной информацией. Информация о координатах вводится в контроллер машины, который управляет сервоприводами в полярной системе координат. Сервоприводы и далее управляют положением рабочей головки и рабочей головки таким образом, чтобы частицы массы впрыскивались, чтобы прибыть в заранее определенные точки координат в системе координат, чтобы сформировать изделие. Исходное семя фиксируется в исходной точке системы координат, и изделие строится вокруг исходной исходной точки.Раскрыты другие системы координат и устройство для определения местоположения массовых частиц в координатах трехмерного изделия, так что изделие может быть построено в нескольких системах координат и в контролируемых средах ».

Если вы думаете, что это немного отличается от большинства современных процессов 3D-печати, то вы правы. Это необычный подход, вдохновленный идеей «плевка пачками». Мастерс объясняет:

«Когда снимаешь много пыжов, они начинают приобретать форму.Если вы можете контролировать направление пыжей и движение устройства, стреляющего в них, вы можете создать любую желаемую форму ».

Первый 3D-принт Билла Мастерс; раньше, чем у Чарльза Халла? [Источник: Билл Мастерс]

Таким образом, у нас есть устройство, предназначенное для попадания определенного вещества в цель, где она каким-то образом прилипает и постепенно принимает желаемую трехмерную форму. Мне неясно, как именно могло произойти адгезия, и в самом патенте описывается несколько сценариев, как это произошло, включая нагрев внутренней атмосферы, применение луча энергии и многое другое.

Патент кажется довольно расплывчатым в деталях, описывающих несколько подходов. Для механической системы, используемой для постоянного изменения ориентации «пушки», как ее иногда называют, предлагается несколько конструкций. Один из них — это очень уникальный «полярный» метод, при котором пистолет скользит по вращающемуся тору для достижения желаемого положения.

Необычный полярный механизм ранней концепции 3D-печати [Источник: Билл Мастерс]

Masters сформировали стартап, чтобы реализовать идеи, первоначально Perception Systems, а затем названный Ballistic Particle Manufacturing.Эта фирма получила некоторые инвестиции и фактически произвела и отправила клиентам шестнадцать «Персональных моделистов».

«Personal Modeler», одна из первых бета-версий 3D-печати [Источник: Билл Мастерс]

К сожалению, похоже, что компания закрылась в 1997 году, и Мастерс перешел к разработке инноваций в индустрии каякинга.

В те первые дни 3D-печати никто даже не знал, как назвать эту технологию; «3D-печать», «Аддитивное производство» — всего лишь слова. Технология была настолько новой, что развивающиеся компании того времени столкнулись с трудностями при ее маркетинге для клиентов, которые не знали, что им делать с процессом, и были настроены по-своему.

Несколько новых процессов 3D-печати 80-х годов прошли через рынок стартапами, и, как мы теперь знаем, FDM и SLA выиграли битву. Будь то сама технология, маркетинговая программа, объем инвестиций или менеджмент компании, «BPM» Мастера просто не был принят клиентами, а его компания и изобретение ушли в прошлое.

С тех пор к FDM и SLA присоединились многие другие мощные процессы 3D-печати, а новые процессы все еще находятся в стадии разработки, примерно тридцать четыре года спустя.

Мораль этой истории проста: быть первым не означает, что вы выиграете.

Через Билл Мастерс и Google Patents

Чарльз Гулдинг и Прити Сулибхави рассказывают о некоторых важных событиях в области 3D-печати в 2019 году.

Исследователи пытаются воспроизвести голос египетской мумии с помощью 3D-печати, но к чему это приведет?

После многих лет закулисных усилий общественности был представлен 3D-скан с ультравысоким разрешением древнеегипетской скульптуры Нефертити.У нас есть история того, как это произошло.

Выбор на этой неделе — «Илон Маск: Tesla, SpaceX и поиски фантастического будущего» Эшли Вэнс.

Насколько важен был 3D-принтер MakerBot Replicator 2, который сейчас не поддерживается? Важнее, чем вы думаете.

Что является ключевым фактором при покупке нити для 3D-принтера? Это не стоимость, и мы расскажем вам, почему.

SLM Solutions ведет свою историю от истории SLM 3D-печати и с нетерпением ждет новой главы в аддитивном производстве металлов.

Когда компании, предоставляющие консультационные услуги в области аддитивного производства, будут без проблем сотрудничать с производителями и поставщиками (торговыми посредниками), мы увидим массовое внедрение 3D-печати в корпорациях как на настольных компьютерах, так и в производственных цехах.

Теперь вы можете увидеть первый в истории 3D-принтер — изобретенный Чаком Халлом — в Национальном зале славы изобретателей — 3DPrint.

com

Сегодня, когда вы упоминаете имя Чарльз (Чак) Халл в разговоре с обычным человеком, они, вероятно, понятия не имеют, о ком вы, черт возьми, говорите. Однако, если вы назовете это имя кому-то, кто так же увлечен аддитивным производством / 3D-печатью, как и я, они, вероятно, узнают, что он Томас Эдисон всей индустрии 3D-печати. Чак Халл был человеком, который создал первый 3D-принтер, способный печатать реальные детали.В то время как сегодня его имя, конечно, не может быть столь же примечательным, как Томас Эдисон, Бен Франклин или Александр Грэм Белл, в один прекрасный день в будущем это вполне может быть.

Первый 3D-принтер

Hull оказался успешным более 30 лет назад, 9 марта 1983 года. В то время я был всего лишь годовалым малышом, и до того, как термин «3D-печать» все еще оставалось считаться термином, еще несколько десятилетий. «Быстрое прототипирование» — так описывалась уникальная новая машина Халла, «SLA-1», поскольку она была создана для ускорения длительных временных рамок, необходимых для создания прототипов продуктов. В начале 80-х на использование одноразовых инструментов для обработки требовалось примерно 6-8 недель, поэтому машина, которая могла печатать деталь всего за несколько часов, была крупным прорывом в обрабатывающей промышленности.

Три года спустя, в 1986 году, Халл основал компанию под названием 3D Systems, чтобы улучшить рынок и продать свои машины для быстрого прототипирования, которые с тех пор получили название «3D-принтер» или «машина для аддитивного производства».

21 мая прошлого года Халл удостоился чести быть введенным в Национальный зал славы изобретателей в Александрии, штат Вирджиния, пополнив ряды многих выдающихся изобретателей до него, включая Уилбура Райта, Генри Форда, Стива Джобса и вышеупомянутых. Томас Эдисон.Халл был известен за изобретение 3D-печати стереолитографии (SLA), а также за совместное создание формата файла STL, наиболее распространенного формата файлов для 3D-печати, который использовался на сегодняшний день.

Запрос цены

Вы хотите купить 3D-принтер или 3D-сканер? Мы здесь, чтобы помочь. Получите бесплатные советы экспертов и предложения от проверенных поставщиков в вашем регионе.

На платформе Aniwaa

Только что было объявлено, что посетители Национального зала славы изобретателей смогут не только увидеть трехмерный бюст Халла, напечатанный на принтере 3D Systems ProJet x60, но и увидеть первый — какой бы ни был 3D-принтер, который изобрел Халл, SLA-1.

Когда Халл изобрел эту машину, он даже представить себе не мог, что однажды в Зале славы выставят напечатанный на 3D-принтере его бюст. Фактически, он никогда не думал, что технология 3D-печати станет настолько популярной. Сегодня 3D-печать доступна практически каждому, с принтерами самых разных размеров и цен.

«Движение потребителей и производителей создало большую осведомленность о возможностях, которые технологии делают доступными для людей, и это заставило людей взглянуть на 3D-печать как на то, что они теперь могут делать», — пояснил Халл.«3D-печать — это просто еще один инструмент, но это очень мощный инструмент, который может создать что угодно».

Без сомнения, вклад Халла в производственный сектор, а также в движение производителей, был чрезвычайно ценным. Возможно, однажды дети будут узнавать о нем из учебников истории, не считая всемирно известных Томас Эдисон и Бенджамин Франклин. Довелось ли вам побывать в Национальном зале славы изобретателей? Что вы думаете о первом работающем 3D-принтере? Обсудите в ветке форума «Первый 3D-принтер, отправленный в Зал славы» на 3DPB.com.

Пожалуйста, включите JavaScript, чтобы просматривать комментарии от Disqus.

3D-принтер, изобретение 1980-х годов, которое восторжествовало 30 лет спустя

К Chuck Hall (Клинтон, Колорадо, 1939) известность пришла с 30-летним опозданием.Однажды ночью в марте 1983 года этот инженер вытащил свою жену из постели в пижаме, чтобы показать ей, чего он достиг: он напечатал маленькую черную пластиковую чашку с помощью созданного им нового метода, который он назвал стереолитография . Халл проводил ночи и выходные, разрабатывая новое устройство, с помощью которого он мог создавать небольшие пластиковые предметы. Он еще не знал этого, но он стал отцом 3D-принтера , изобретения, которое теперь меняет способ создания всего, от игрушек до инструментов, используемых в космосе, и даже человеческих органов.Возможности его изобретения стали практически безграничными. Но потребовалось три десятилетия, чтобы увидеть то, что сегодня мы называем будущим.

Отец 3D-принтера Чак Халл. Кредит: EPO

Момент Eureka впервые вспыхнул в начале 1980-х годов. Халл тогда работал в компании Ultra Violet Products, в Южной Калифорнии, которая формовала смолу с помощью ультрафиолета и использовала ее для покрытия мебели . Однажды он подошел к своему боссу с идеей: он хотел разместить сотни слоев пластика, один поверх другого, и использовать ультрафиолетовый свет, чтобы придать им разные формы.Но чтобы превратить стопку сложенного пластика в настоящий трехмерный объект, ему нужна была машина — быстрая машина. Халл, как инженер-конструктор, был разочарован тем, насколько медленно шло производство даже небольших пластмассовых прототипов, поскольку ему приходилось ждать месяцами, чтобы протестировать новые конструкции.

Материал, переходящий из жидкого в твердое

Халлу не разрешили посвятить себя мечте в рабочее время, но они предоставили ему небольшую лабораторию, где он осуществил эту мечту.После года усилий инженер разработал систему, в которой ультрафиолетовый свет освещал ведро, заполненное материалом, называемым фотополимером. Этот тип материала превращается из жидкого — своего естественного состояния — в твердое, когда он получает этот свет. Таким образом, он мог нарисовать форму и продолжать заполнять ее слоями, пока объект не будет готов.

3D-принтер. Кредит: Makerbot / MediaLabPrado / Flickr

Чтобы принтер знал, какую форму нужно завершить, Халлу пришлось написать код сам.Это ограничение означало, что вначале принтер мог создавать только очень простые фигуры. Однако к середине 1980-х машина уже достаточно развита, чтобы стать коммерческим продуктом. Американец запатентовал свое изобретение в 1986 году, в том же году он основал 3D Systems , первую компанию по производству 3D-принтеров. Ему пришлось ждать еще год, прежде чем его первое печатающее устройство будет готово к продаже. Поскольку он был слишком тяжелым, чтобы его можно было брать с собой на демонстрации, Халл снял небольшие видеоролики, чтобы продемонстрировать свои способности руководителям других компаний.

С самого начала компания пользовалась определенным приемом, особенно со стороны автомобильной промышленности. General Motors и Mercedes-Benz вскоре начали использовать технологию 3D Systems для создания и тестирования прототипов, что сэкономило им месяцы в процессе проектирования. Однако его изобретение имело скромный успех, что никогда не беспокоило его создателя. Тогда Халл сказал своей жене, что 3D-технологии потребуется от 25 до 30 лет, чтобы созреть и найти свое место, но это будет что-то важное. Он был прав в обоих предсказаниях. Терпение стало его лучшим союзником.

Дом из принтеров

Что произошло за это время, чтобы совершить большой скачок? «Точность», — сказал его создатель в интервью CNN. «Поскольку [материалы] превращаются из жидкости в твердое тело, они имеют тенденцию к усадке и деформации. Но , химия была значительно улучшена , так что искажений почти нет. Также физические свойства: изначально материалы легко ломались. В настоящее время вы получаете действительно хорошие, прочные пластмассовые материалы.”

Протез, напечатанный на 3D-принтере. Кредит: 3D Systems

Улучшение материалов и технологий в сочетании со снижением цены (вы можете приобрести принтеры по цене от 1 200 евро) создали трехмерную вселенную безграничных возможностей. Уже есть еда, которую можно напечатать в 3D . Группа ученых из Калифорнийского университета пытается создать на этих машинах целый дом. Чертежи можно скачать из Интернета, так что что угодно может быть создано кем угодно и где угодно. Эта демократизация производства привела к движению производителей и к волне трехмерных моделей . Но из всех областей есть одна, которая выделяется среди остальных: медицина. Протезы, лекарства, ткани и даже органы печатаются в 3D. Это революция в способах проведения операций и реабилитации пациентов.

Халл, у которого более 100 патентов на свое имя , спокоен перед лицом этой новой 3D-лихорадки. В 2014 году в возрасте 75 лет он получил в Берлине приз за лучший изобретатель за пределами Европы, присужденный Европейским патентным ведомством.Там он спокойно сказал: «Приятно получить признание. Это была тяжелая работа, но в остальном я просто продолжаю работать ».

Беатрис Гильен

@BeaGTorres

История 3D-печати | Makerspace

Тани Марквардт и Эмми Чжэн

Аддитивное производство (AM) — это процесс создания физического объекта с использованием данных моделирования ¹ . Объект в цифровом виде нарезается на слои, и эти слои объединяются один за другим.На заре развития технологии AM относился к процессу, выполняемому более крупными промышленными машинами, в то время как 3D-печать выполнялась в меньшем масштабе. Теперь AM и 3D-печать взаимозаменяемы.

Первые корни 3D-печати лежат в фото-скульптуре и топографии ² . В 1860 году французский художник Франсуа Виллем запатентовал метод фото-скульптуры. В этом процессе объект помещается в круглую комнату и одновременно фотографируется 24 камерами, равномерно расположенными по комнате.Затем Виллем проследил 24 профиля, используя резак, прикрепленный к пантографу. Отслеживание формы профиля приведет к одновременному разрезанию дерева. Он собрал эти слои дерева, чтобы создать фото-скульптуру.

В 1892 году Дж. Э. Блантер запатентовал метод создания топографических карт в стиле AM ² . Этот метод заключался в наложении ряда восковых пластин, каждая из которых была вырезана по контурным линиям, соответствующим их слою. Между положительной и отрицательной формами зажали бумагу, создав рельефную карту.

Рождение 3D-печати в том виде, в каком мы ее знаем сегодня, можно проследить по крайней мере до 1984 года, когда Чарльз «Чак» Халл изобрел стереолитографию , метод печати, который использует ультрафиолетовый свет для создания трехмерного объекта путем создания слоя за слоем ¹ . В то время он работал в компании, которая использовала ультрафиолетовый свет для нанесения тонких слоев пластикового шпона на столешницы и мебель, но Халл понял, что он может изменить и использовать эту технику для печати твердых объектов ³ .

В течение следующего года Халл экспериментировал со своей идеей в нерабочее время и, наконец, разработал систему, в которой использовался фотополимер — материал, который превращается из жидкого в твердое, когда на него светит свет, и форму которого можно было проследить и наслоить много раз. Затем в 1986 году Халл основал 3D Systems , чтобы развивать свою новую технологию и делать ее более коммерческой ⁴ . Первый стереолитографический аппарат был продан в 1988 г. ⁵ .

Однако Чарльз Халл был не единственным, кто работал над технологией 3D-печати в 1980-х годах.Одна из наиболее известных сегодня технологий AM была разработана С. Скоттом Крампом в 1989 г. ¹ . У этого метода много названий, в том числе «Моделирование наплавленного осаждения», «Экструзия» и «Изготовление сплавленных нитей» (FFF) . 3D-принтеры FFF выглядят как автоматизированные пистолеты для горячего клея. Их процесс выглядит следующим образом ⁶ :

1. Объектный файл либо загружается из онлайн-источника, либо создается как файл системы автоматизированного проектирования (САПР).
2. Объект сохраняется как файл стереолитографии (STL), что позволяет нарезать его на слои в цифровом виде.
3. Файл STL передается на 3D-принтер, и пластиковая нить подается в нагретую печатающую головку.
4. Расплавленный пластик выбрасывается из печатающей головки слой за слоем на платформу по оси x-y-z. Это продолжается до тех пор, пока объект не будет завершен.

Ultimaker 2 и Ultimaker 2+ в Makerspace Университета Лоуренса используют этот метод FFF с пластиком PLA.

Халл справедливо предсказал, что его технологиям потребуется не менее 25 лет, чтобы они внедрились в дома людей, но с 1984 года 3D-печать прошла огромные вехи, некоторые из которых перечислены здесь ⁷ :

• 1999: 3D синтетический каркас имплантирован пациенту-человеку, которому проводится операция по увеличению мочевого пузыря.
• 2002: Создана рабочая миниатюрная трехмерная почка, которая может фильтровать кровь и производить разбавленную мочу. Эта веха побуждает ученых исследовать технологию 3D-печати для печати органов.
• 2006: Первая машина для селективного лазерного спекания (SLS) выходит на основной рынок. Машина SLS использует лазер для объединения материалов в трехмерные объекты. Этот прорыв делает возможным массовое производство, настройку и изготовление промышленных деталей по запросу.
• 2008: Первый протез ноги напечатан на 3D-принтере и имплантирован (включая колено, стопу, гнездо и т. Д.)).
• 2009: Оборудование с открытым исходным кодом становится общедоступным и позволяет людям создавать и печатать свои собственные 3D-объекты недорого.
• 2011: Изготовлен первый роботизированный самолет, напечатанный на 3D-принтере. 3D-печать позволяет иметь эллиптические крылья, улучшая аэродинамическую эффективность.
• 2012: Трехмерный протез нижней челюсти напечатан и имплантирован 83-летней женщине, страдающей хронической костной инфекцией.

Нетрудно заметить, что технология 3D-печати быстро развивается и становится все популярнее в каждом доме.Нидерланды в настоящее время работают над первым домом, напечатанным на 3D-принтере, а компании в Соединенных Штатах недавно продемонстрировали первые продукты питания, напечатанные на 3D-принтере (например, равиоли и шоколад), и батарею, напечатанную на 3D-принтере ³ .

---

Список литературы

1. Уильямс, Линда Д. «Аддитивное производство или 3D-сканирование и печать», в Manufacturing Engineering Handbook . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 2015.

.

2. Bourell, D. L., Beaman, J. J., Leu, M. C., & Rosen, D.W. «Краткая история аддитивного производства и план развития аддитивного производства на 2009 год: оглядываясь назад и глядя в будущее». Труды RapidTech 2009: Семинар США и Турции по RapidTechnologies, стр. 1-8, Стамбул, 2009. http://rktngstcc.easycgi.com/haber/2009/rapidtech-workshop/presentations/Presentation02.pdf

3. Хики, Шейн. Чак Халл: отец 3D-печати, сформировавший технологии. The Guardian , 22 июня 2014 г. http://www.theguardian.com/business/2014/jun/22/chuck-hull-father-3d-printing-shaped-technology

4.«Чарльз Халл: стереолитография (3D-печать)». призывников. , по состоянию на 21 апреля 2016 г., http://invent.org/inductees/hull-charles/

5. «История 3D-печати: Бесплатное руководство для новичков».