Кто придумал 3d принтер – Краткая история 3D принтеров

Содержание

Краткая история 3D принтеров

Сейчас трёхмерная печать быстро набирает популярность и многим кажется, что она зародилась совсем недавно. На самом же деле недавно зародилось разве что название «3D принтер».
Ранее данные устройства назывались машинами 3D прототипирования. И технология старше многих из её нынешних почитателей.

Вот краткая история развития 3D печати:
1984 : Американец Чарльз Халл разработал технологию «стереолитографии» (SLA) для печати 3D-объектов по данным цифровых моделей из фотополимеризующихся композитных материалов (ФПК).

1985 — Михаило Фейген предложил послойно формировать объемные модели из листового материала: пленок, полиэстера, композитов, пластика, бумаги и т.д., скрепляя между собой слои при помощи разогретого валика. Такая технология получила название «производство объектов ламинированием» (LOM).
По сути, листы приклеиваются друг к другу, а лазер вырезает контур.

1986 — получение патента на технологию «стереолитографии» (SLA). Разработанную в 1984 году.
В этом же году Чарльз Халл основал компанию 3D Systems и разработал первый коммерческий прибор трехмерной печати. Который незатейливо назвали — «установка для стереолитографии».

1986 — доктора Карл Декарт и Джо Биман в Университете штата Техас в Остине разработали и запатентовали метод селективного лазерного спекания (SLS).

1987 — израильской компанией Cubital была разработана Технология послойного уплотнения (SGC).

1988 — 3D Systems разработала модель SLA-250, которая была запущена в серийное производство для широкого круга пользователей.

1988 — Скотт Крамп изобрел FDM (моделирование путём декомпозиции плавящегося материала). Наиболее распространённая ныне технология. Она и используется в большинстве «домашних» 3D принтеров.

1989 — Скотт Крамп основал комапнию Stratasys.

1991 — Stratasys выпустила первый 3D-принтер серии Dimension с экструдирующей печатающей головкой (FDM).

1991 — Helisys продала свою первую машину на основе объектного ламинирования (laminated object manufacturing (LOM))
1992 — Компания Stratasys продала свою первую машину на основе технологии FDM — «3D Modeler».

1992 — Фирма DTM продала свою первую систему селективного лазерного обжига (SLS)

1993 — Была создана компания Solidscape. Ныне один из ведущих производителей.

1995 — в Массачусетском технологическом институте был придуман термин «3D-печать».

1995 — Компания Z Corporation получила эксклюзивную лицензию от MIT использовать технологию 3DP (Печать склеиваемым порошком).

1996 — Stratasys представила «Genisys».

1996 — Компания Z Corporation представила Z402.

1996 — 3D Systems представила Actua 2100. К данному устройству быстрого прототипирования было впервые применено название «зд-принтер».

1997 — компания EOS была продана конкуренту по стереолитографии 3D Systems. И они стали монополистами.

2005 — Компания Z Corporation выпустила Spectrum Z510. Это был первый на рынке 3д-принтер с высоким качеством цветной печати (3DP).

2006 — Открыт проект Reprap при использовании лицензии GNU General Public Licence.
2008 — Выпущена первая версия Reprap, «принтера который может производить сам себя». На тот момент он мог изготавливать около 50% необходимых деталей.

2008 — Objet Geometries Ltd, разработала принтер Connex500, печатающий несколькими различными материалами сразу (3DP). Сейчас количество материалов перевалило за 100.

2010 — Urbee: первый автомобиль, созданный при помощи гигантских 3д-принтеров Dimension 3D Printers и Fortus 3D Production Systems.

2010 — медицинская компания Organovo. Inc объявила о создании технологии, печати искусственных кровеносных сосудов.

2010 – группа ученых Fluid Interfaces Group из Массачусетского Технологического Института представила первый 3D принтер для создания продуктов — «Cornucopia». На данный момент разработка не получила существенного развития.
2011 — голландский производитель 3D принтеров Ultimaker развил скорость трехмерной печати до 350 мм в секунду. Действительно неплохо, хоть и точность пострадала от скорости. Сейчас этот показатель уже так удивляет.

2011 — под руководством Университета Эксетера и университета Брюнеля и фирмы Delcam, исследователи создали первый 3д-принтер, печатающий шоколадом. На самом деле это опять FDM, сложность была только в разработке состава.

2011 — Инженерами Университета Саутгемптона создан первый самолёт, напечатанный на 3д-принтере. Сложность была скорее в проектировании модели таким образом, чтобы её можно было распечатать. Модель прекрасно летала.

2011 — Венский Технологический Университет представил самый маленький, лёгкий и дешёвый по себестоимости печати 3д-принтер. Работающий по аддитивной технологии фотополимеризации светочувствительной смолы, весом 1,5 килограмма и стоимостью около 1200 евро.

2012 — Компания 3D Systems выпустила на рынок персональный трехмерный принтер для домашнего использования 3D Cube. FDM.

2012 — в Венском Технологическом Университете создали трехмерный принтер, печатающий микроскопические объекты разрешением до 100 нм со скоростью 5 мм в секунду.

plastic3d.ru

История создания 3D принтеров и их принцип работы — журнал «Рутвет»

Оглавление:

История трёхмерного принтера
Технологии 3d печати
Сырьё для трёхмерных принтеров
Удивительные возможности трёхмерных принтеров

Теперь уже всем знакомое слово «принтер» переводится с английского, как печатающее устройство. Сейчас редко можно найти человека, который ни разу бы не видел обычного принтера, с помощью которого можно получить любой текстовой или графический бумажный документ.

История появления принтера в нынешнем понимании началась в прошлом веке – первый чёрно-белый принтер появился ещё в далёком 1953 году, а в 1976 году появился первый цветной струйный принтер от компании IBM. Сегодня разнообразные принтеры можно найти не только в офисах и организациях, но также в школах и почти в каждом жилище. Ведь современный процесс работы и обучения стал немыслимым без этого прибора.

Однако в последние годы появилось совершенно новое устройство, которое способно не просто распечатать на листке какое-либо изображение. Речь идёт про изобретение 3d принтера, с помощью которого можно уже создавать объёмные детали, изделия или модели.

История трёхмерного принтера

История 3d принтеров, как ни удивительно, довольно долгая, а над созданием этого устройства работали учёные из многих стран мира, постепенно внося свою лепту в развитие трёхмерных технологий.

В 1986 году американец Чак Халл изобрёл принцип трёхмерной печати, который использовался в установке для стереолитографии.
В 1988 году другой американец, Скотт Крамп нашёл абсолютно иной подход для осуществления трёхмерной печати – формование через декомпозицию плавящегося материала (FDM). На этом принципе сегодня работают все трёхмерные принтеры, способные делать изделия в ограниченных масштабах.
Хотя работа над созданием трёхмерных принтеров началась в восьмидесятые годы прошлого века, сам термин «трёхмерная печать» появился лишь в 1995 году в недрах Массачусетского технологического института. И уже в следующем году, компания «3D Systems» назвала свою первую модель «Actua 2100» трёхмерным принтером. Такую историю создания имеет 3д принтер, если говорить кратко.

Первые модели объёмной печати работали очень медленно, а попытка увеличить скорость их работы неизменно приводила к погрешности в изделиях. Трёхмерные принтеры с достаточно высоким качеством изделий появились только в 2005 году. В 2008 году появилась модель «Reprap», наполовину способная воссоздать саму себя, поскольку могла делать половину своих деталей.

Технологии 3d печати

Трёхмерная печать может использовать разные технологии и расходные материалы, но в любом случае, она работает через последовательное наращивание слоями объёмного предмета. Для создания слоёв могут применяться различные технологии.

Лазерная стереолитография, в которой ультрафиолетовый лазер точку за точкой засвечивает поверхность жидкого фотополимера. В другом варианте засвечивание производится ультрафиолетовой лампой сквозь меняющийся с новым слоем фотошаблон. Жидкий полимер при этом затвердевает, становясь довольно прочным пластиком.

Лазерное сплавление применяется для слоёв порошков из пластика или металла.
Ламинирование – здесь всё также производится наслаивание материала, все слои склеиваются между собой, а лазером в каждом слое вырезаются участки, формирующие сечение будущего предмета.
Струйная технология предусматривает застывание охлаждающегося материала: раздаточная форсунка выбрасывает на охлаждаемую платформу-основу разогретые капли термопластика. Там они мгновенно застывают, склеиваясь с соседними, и формируют слой изготавливаемой детали.

Склеивание порошкообразного материала несколько напоминает спекание порошка лазерным лучом, но порошок здесь может быть из измельчённой целлюлозы, которая не плавится, поэтому для его склеивания используется жидкий адгезив или растворитель, который подаётся из миниатюрной форсунки. Таким методом можно придать детали желаемый цвет, если использовать разноцветные красящие вещества. Есть даже модели трёхмерных принтеров, в которых работают головки от обычных струйных принтеров.

В качестве самоотверждающихся материалов могут применяться также густые керамические смеси. Подобные материалы востребованы для трёхмерной печати больших архитектурных моделей.
Последнее достижение – биопринтеры. Пока это только экспериментальные установки, которые формируют трёхмерную структуру органа для трансплантации. Они используют растворы, содержащие живые клетки. Затем происходит рост, деление и специализация клеток, которые формируют окончательную форму органа.

Сырьё для трёхмерных принтеров

Все объёмные принтеры до 2008 года могли использовать только один вид пластика – АВС, который являлся лучшим «расходником» для трёхмерной печати. Компания Object Geometries Ltd выпустила первую модель «Connex500», которая могла одновременно использовать несколько видов материалов. Сейчас список таких материалов перевалил за сотню. Среди них можно отметить следующие:

целлюлоза;
гидрогель;
бетон;
акрил;
вода;
гипс;
нейлон;
металлический порошок;
полилактид;
поликапролактон;
полиэтилен низкого давления;
полипропилен;
шоколад.

Особенность работы трёхмерных принтеров такова, что все получаемые объекты могут быть только твёрдотельными, поскольку наносятся слой за слоем. На обычном принтере можно сделать лишь бумажный документ, а на трёхмерном «напечатать» детскую игрушку, ткань, годную для пошива, пластиковую посуду, даже имплантаты для медицинских целей или автомобиль. Объёмные принтеры нового поколения имеют очень большие возможности.

Видео об истории 3d принтеров

Удивительные возможности трёхмерных принтеров

Трёхмерные принтеры постепенно становятся полезными и нужными приборами в нашей жизни, а сферы их применения всё больше расширяются. Так, небольшие трёхмерные принтеры способны делать бытовые мелочи, вроде посуды, игрушек, украшений и даже мебели.

В 2010 году канадец Джим Кор продемонстрировал легковой автомобиль, корпус которого полностью был изготовлен на трёхмерном принтере, для которого потребовалось 2500 часов работы. Создатели уникального автомобиля даже собрались за пару дней добраться от Нью-Йорка до Сан-Франциско, используя при этом всего 38 л биотоплива.
В 2010 году компания «Organovo Inc.» объявила, что создала трёхмерную технологию изготовления искусственных кровеносных сосудов. Ранее об использовании этой технологии в медицинских целях не шло и речи. В настоящее время в мире уже сделано множество операций по протезированию, где пациентам вживлялись имплантаты, выполненные по этой технологии – костей черепа и носа, стоматологические, кости кистей и т.д.
Гораздо скромнее выглядит демонстрация в 2011 году британцами принтера, который из шоколада мог сделать любую фигурку. Поскольку шоколад способен довольно быстро затвердевать при охлаждении, то принтер печатает на таком сырье довольно шустро. Такие принтеры – настоящая находка для ресторанов и кондитерских.

В том же году на трёхмерном принтере был изготовлен первый самолёт усилиями британских инженеров из Университета Саутгемптона. Они признались, что наибольшие трудности были не в процессе печати, а при проектировании. Изготовленная модель оказалась способной летать на приличной скорости.

Учёные из Оксфорда предложили принтер, который может воспроизводить материал, частично имеющий свойства живой ткани. Робототехник из Италии Энрико Дини научил трёхмерный принтер делать макеты двухэтажных зданий, в которых есть комнаты с перегородками, трубы и лестницы. Всё это делается из неорганического компаунда и песка. Полученный материал имеет прочность, близкую к железобетону.

Инженерная мысль на этом не остановилась, поскольку поступило предложение использовать эту технологию при возведении лунных исследовательских баз. Было принято решение доставить трёхмерный принтер на МКС, где космонавты смогут быстрее изготовить необходимые для них детали, не дожидаясь доставки их с Земли.

Сейчас зd принтеры, история которых начиналась с громоздких и очень дорогих экземпляров, становятся всё меньше и дешевле. В 2011 году австрийцы продемонстрировали самый лёгкий, маленький и дешёвый в работе объёмный принтер. Здесь была использована технология аддитивной фотополимеризации, работающая со светочувствительной смолой.

Видео про возможности зd принтера

Раньше думали, что 3D мониторы – недостижимая роскошь для простого обывателя, а сегодня их могут купить даже незажиточные граждане. Так же и с трёхмерными принтерами – они уже перестали быть машинами из фантастических книг, а всё уверенней входят в реальность, принося всё больше пользы. Перспективы у них очень хорошие.

Вас впечатляют возможности 3d принтеров? Что Вас поразило больше всего? Поделитесь своим мнением в комментариях.

www.rutvet.ru

История 3д печати

В данном разделе нам хотелось проследить историю развития 3d печати от момента ее появления до сегодняшнего дня, а так же дать прогной относительно будущего развития технологии.

Первый 3d принтер был изобретен американцем Чарльзом Халом (Charles Hull), он работал по технологии стереолитографии (SLA) патент на технологию был оформлен в 1986 г. Принтер представлял из себя довольно габаритную промышленную установку. Установка «выращивала» трехмерную модель посредством нанесения фотополимеризующегося материала на подвижную платформу. Основой служил заранее смоделированный на компьютере цифровой макет (3д модель). Данный 3d принтер создавал трехмерные объекты, поднимаясь на 0,1-0,2 мм — высоту слоя. Несмотря на то, что первый аппарат обладал множеством минусов, технология получила свое применение. Чарльз Халл так же является со-основателем компании 3dsystems, одного из лидеров мирового производства промышленных 3д принтеров.

Чарльз Халл был не единственным, кто экспериментировал с технологией трехмерной печати, так в 1986 году Карл Декарт (Carl Deckard) изобрел метод селективного лазерного спекания (SLS). Подробнее о методе Вы можете узнать в другой статье, вкратце: лазерный луч спекает порошок (пластик, металл и т.д.), масса порошка при этом подоргевается в рабочей камере до температуры, близкой с температурой плавления. Основой так же служит заранее смоделированный на компьютере цифровой макет (3д модель). После прохождения лазером горизонтального слоя, камера опускается на высоту слоя (как правило 0.1-0.2 мм), масса порошка выравнивается специальным устройством и наноситься новый слой.

Однако самым известным и распространенным на сегодняшний день методом 3д печати является послойное направление (FDM). Идея технологии принадлежит Скотту Крампу (Scott Crump), патент датируется 1988 годом. Подробнее о методе Вы можете узнать в другой статье, вкратце: из нагретого сопла печатающей головки при помощи шагового двигателя подается материал (как правило пластик), печатающая головка перемещается на линейных направляющих по 1 или двум осям, так же по 1 или 2 осям двигается платформа. Основой движения так же служит 3д модель. Расплавленный пластик укладывается на платформу по установленному контуру, после чего головка или платформа перемещаются и поверх старого накладывается новый слой. Скотт Крамп является одним из основателей компании Stratasys, так же являющейся одним из лидеров в производстве промышленных 3д принтеров.

Все описанные выше устройства относились к классу промышленных аппаратов и стоили довольно дорого, так один из первых принтеров 3d Dimension от компании Stratasys 1991 году стоил от 50 до 220 тысяч долларов США (в зависимости от модели и комплектации). Принтеры работающие по технологиям, описанным выше стоили еще дороже и до самого недавнего времени о данных устройствах было известно лишь узкому кругу заинтересованных специалистов.

Все начало меняться с 2006 года, когда был основан проект RepRap (от англ Replicating Rapid Prototyper — само-воспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов), имеющий своей целью создание само-копирующего устройства, которым являлся 3д принтер, работающий по технологии FDM (послойное наплавление). Только в отличие от дорогостоящих промышленных аппаратов он был похож на неказистое изобретение из подручных средств. Рамой служат металлические валы, они же служат направляющими для печатающей головки. которой управляют простые шаговые двигатели. Программное обеспечение имеет открытый код. Почти все соединяющие детали печатаются из пластика на самом 3д принтере. Данная идея зародилась в среде Английский ученых и ставила своей целью распространение доступных аддитивных технологий, чтобы пользователи могли, скачивая 3д модели в сети интернет, создавать необходимые изделия, максимально сокращая таким образом производственную цепочку.

Оставив в стороне идеалогическую составляющую, сообществу (существующему и развивающемуся по сей день) удалось создать доступный «обычному человеку» 3d принтер. Так набор непечатанных деталей может стоить в районе пары сотен долларов США а готовый аппарат от 500 долларов. И пусть эти устройства выглядели неказисто и существенно уступали по качеству промышленным аналогам, все это доло невероятный толчок для развития технологии 3д печати.
По мере развития проекта RepRap, начали появляться 3d принтеры, взявшие за основу заложенную движением базу в техническом и, иногда, идеалогическом плане (например приверженность концепции открытого кода — OpenSource). Компании, производившие принетры старались сделать их более качественными как в плане рабочих характеристик, так и в плане дизайна и user experience. Первые принтеры RepRap нельзя назвать комерческим продуктом, так как управлять им не так уж просто (а собрать тем более) а добиться стабильных результатов работы получается не всегда. Тем не менее компании старались сократить более чем существенный разрыв в качестве, по возможности оставляя существенный разрыв в стоимости.

Здесь стоит в первую очередь упомянуть о компании MakerBot, начавшейся как startup, взявшей за основу идеи RepRap и мало по малу превратившие их в продукт нового качества.

Их флагманским продуктом (и по нашему мнению лучшим по сей день) остается 3д принтер MakerBot Replicator 2. Модель была выпущена в 2012 г. и позже снята с производства, однако по сей день остается одной из самых популярных моделей 3д принтеров «персонального» сегмента (по данным 3dhubs). Слово «персональный» взято в скобки по причине, что данный принтер, со стоимостью на момент выпуска 2200 долларов США, в основном использовался (и используется) для бизнес целей, однако попадает в персональный сегмент по причине своей стоимости. Данная модель отличается от своих прородителей (RepRap), являясь, по сути, законченным комерческим продуктом. Производители отказались от концепции OpenSourse, закрыв все источники и коды ПО.

Паралельно с выпуском техники компания активно развивала ресурс Thingiverse, содержащий множество моделей для 3d печати, доступных для скачивания бесплатно. В период работы над первым принтером и в дальнейшем сообщество сильно помогало компании, тестируя продукт и предлагая различные апгрейды. После выпуска модели Replicator 2 (и закрытии разработок), ситуация изменилась. Подробнее о истории компании MakerBot а так же других компаний и людей, связанных с 3d печатью, вы можете узнать, посмотрев фильм Print the legend.

В этом фильме также освещается история компании Formlabs, одной из первых начавшей производство доступного 3д принтера, работающего по технологии SLA (стререолитография). Компания собирала средства на первую модель FORM 1 посредством краудфандинга, столкнулась с трудностями производства, но в итоге выпустила доступный и производительный 3д принтер, сократив разрыв в качестве, описанный выше.

И хотя описанные выше 3д принтеры были далеки от совершенства, они положили начало развитию досутпной техники для трехмерной печати, которое происходит и по сей день. В настоящий момент качетсов принтеров технологий FDM и SLA повышается, однако существенного снижения цены уже не происходит, скорее она наоборот немного растет. Наряду с FDM и SLA множество компаний ведет разработки в области спекания порошков (SLS), а так же печати металлом. Несмотря на то, что такие принтеры доступными не назовешь, цена их значительно ниже, в сравнении с аналогами из профессионального сегмента. Стоит так же отметить, развитие линейки материалов, помимо стандартный ABS и PLA пластиков, сегодня используется множество различных материалов, включая нейлон, карбон и другие прочные и тугоплавкие материалы.

3d принтеры персонального сегмента сегодняшнего дня сильно приблизились к профессиональным устройствам, развитие которых так же не останавливается. Помимо компаний «основателей» технологии (Stratasys, 3dsystems) появилось множество небольших компаний, специализирующихся на промышленных технологиях 3d печати (в частности металлом). 3д печать так же привлекает к себе внимание крупных корпораций, которые с разной степенью успешности стремяться занять свое место на растущем рынке. Здесь стоит выделить компанию HP, которая не так давно выпустила модель HP Jet Fusion 3D 4200 завоевавшую популярность среди профессионалов 3d печати (по состоянии на 2018 г. держится в верхней части рейтинга профессиональных 3д принтеров в ежеквартальных отчетах портала 3dhubs).

Однако технологии 3д печати развиваются не только в ширь, но и вглубь. Одним из главных недостатков трехмерной печати, по сравнению с другими методами производства, является низкая скорость создания моделей. Существенным движением вперед в плане ускорения 3д печати стало изобретение технологии CLIP компанией CARBON, работающие по этой технологии принтеры компании могут производить модели в 100 раз быстрее по сравнению с классической технологией SLA.

Так же постоянно происходит расширение линейки, свойств и качества материалов и постобработки изделий. Все это ускоряет переход к использованию 3d принтеров именно в производстве, а не только как аппаратов для прототипирования. Сегодня многие крупные и не только компании и организации тесно используют 3д принтер в своей производственной цепочке: начиная от производителей потребительский товаров NIKE и PUMA и заканчивая BOEING и SPACE X (последняя печатает части двигателей для своих ракет, которые не возможно было изготовить никаким другим образом).

Помимо «классической» области применения 3д печати, сегодня все чаще можно видеть новости о том, как на 3d принтере напечатали дом или какой-нибудь орган (а точнее его маленькую часть) из био-материала. И это действительно так, несколько компаний по всему миру тестируют или уже частично применяют 3д печати в строительстве зданий и сооружений. В основном это касается контурной заливки стен (похоже на метод FDM) специальной композитной бетонной смесью. А в Амстердаме существует проект 3д печатного моста и этот список будет только расширяться со временем, так как применение 3d печати в строительстве способно существенно сократить издержки и увеличить скорость работ на определенных этапах.
Касаемо медицины, здесь 3д печать так же находит применение, однако в настоящий момент это не печать органов, а скорее применение технологии в протезировании (самого различного толка) и замещении костей. Так же технологии 3d печати широко используется в стоматологии (технология SLA). Касательно печати органов, это пока далеко в будущем, в настоящий момент био-3д принтеры это экспериментальные установки на ранних стадиях, успехи которых ограничиваются печатью нескольких ограниченно-жизнеспособных клеток.

Заглядывая в будущее, можно с уверенностью сказать, что технологии трехмерной печати будут расширяться как в ширь так и вглубь, совершенствуя технологии, ускоряя процессы, качество и улучшая свойства материалов. 3д принтеры все больше будут замещать старые методы в производственных цепочках различного масштаба, а мировое производство, благодаря этому, будет двигаться к схеме работы «по требованию» (on demand) увеличивая степень кастомизации изделий. Возможно, когда нибудь, 3д принтеры будут широко применяться и на бытовом уровне для производства необходимых вещей (мечта и цель движения RepRap), однако для этого необходимо не только развитие технологии, но и смена парадигмы общественного мышления, а так же развитие мощной экосистемы проектирования (3д моделирования) изделий (о чем очень часто забывают).

3d печать домов (и прочих сооружений), без сомнения так же будет развиваться, сокращая издержки и сроки производства, что вместе с освоением новых подходов в архитектуре и городском планировании (таких как модульное строительство и метод prefabricated), придаст ощутимый импульс к развитию индустрии в целом.

Биологические 3d принтеры будут выступать важным инструментом в научных исследованиях. Тем не менее, до их появления в больницах и клиниках, где они будут печатать новые органы, еще очень и очень далеко (фактически это научная фантастика).

3dmf.ru

История создания современных 3D-принтеров | Ай-Эс Консалтинг

Еще до появления письменности люди научились делиться информацией при помощи рисунков на стенах пещер. Но у такого способа был существенный недостаток: эти записи нельзя было взять с собой. Со временем человечество придумало технологию печати, а в последующие века она существенно преобразилась и дошла до объемного, трехмерного варианта.