Van een klein kopje tot hoogbouw: hoe 3D-printtechnologie is veranderd
Gemengde Berichten / / June 13, 2023
3D-printers verschenen minder dan 40 jaar geleden, maar hebben al een grote invloed gehad op verschillende gebieden van het leven. We vertellen je hoe de mogelijkheden van 3D-printen zich hebben ontwikkeld en waartoe het vandaag de dag in staat is.
Begin jaren 80: eerste experimenten
De eerste 3D-printtechnologie aangeboden Japanse Hideo Kodama in 1981. Toegegeven, het heette toen geen 3D-printen, maar rapid prototyping. Kodama bedacht een apparaat dat werkte volgens de stereolithografiemethode (SLA): een laser bestraalde een fotopolymeerhars, waardoor een geprogrammeerd object in lagen werd gelegd. Hij beschreef echter alleen het idee, maar hij kon niet het bewijs leveren dat nodig was om een octrooi te verkrijgen.
Rond dezelfde tijd begon het zelfstandig werken aan een apparaat voor rapid prototyping Amerikaanse ingenieur Charles Hull en Franse ingenieurs Jean-Claude André, Alain le Meho en Olivier de Witt. In beide gevallen werd succes geboekt. In 1984 vroegen de onderzoekers patent aan. De Fransen liepen drie weken voor, maar dit hielp hen niet - hun voorstel werd als weinig belovend beschouwd, dus investeerden ze niet in de ontwikkeling van technologie. Maar Hull was een succes en daarom wordt hij beschouwd als de uitvinder van 3D-printen.
Het eerste gedrukte stuk van Hull was een klein kopje. Ze herinnerde de ingenieur aan een hulpmiddel om oogdruppels toe te dienen, zijn vrouw - een kom voor de communie.
In 1986, Hull, samen met partners gemaakt 3D Systems Corporation. Een jaar later brachten ze de eerste in massa geproduceerde 3D-printer uit, de SLA‑1. De vinding trok in eerste instantie autobedrijven aan: met behulp van het apparaat printten ze prototypes van kleine onderdelen, zoals deurklinken.
Midden jaren 80 en 90: de opkomst van andere 3D-printmethoden
Aan het einde van de 20e eeuw verschenen er nog meer 3D-printtechnologieën. Eerst - selectieve lasersintering (SLS). Hier worden geen harsen, maar bulkstoffen als "inkt" gebruikt. Technologieauteur Carl Deckard ontwikkeld haar als masterstudent aan de Universiteit van Texas. Professor Joseph Beeman hielp hem het apparaat te maken. Het eerste object dat door de SLS 3D-printer wordt geprint, is een kubus. In 1988 patenteerde Deckard de uitvinding en richtte Desk Top Manufacturing op.
Een jaar later verscheen gefuseerde afzettingsmethode (FDM). De "inkt" is in dit geval thermoplastische polymeren in de vorm van een filament. Ze worden op een spoel gewikkeld en in het apparaat geplaatst. De polymeren worden vervolgens verwarmd en in de geprogrammeerde vorm gegoten. De auteur van zo'n 3D-printen is ingenieur Scott Crump. naar het idee ervan gevraagd levenservaring. Crump werkte voor een bedrijf dat van plan was een PCB-ontlader te maken. Maar de dingen gingen niet volgens plan. Prototyping duurde lang, waardoor het bedrijf zijn kans om de markt te betreden miste. Toen besloot de ingenieur een manier te vinden om dergelijke processen te versnellen. Hij begon te experimenteren in de keuken: gewapend met een heet lijmpistool en halfvaste plastic gels maakte hij een speelgoedkikker voor zijn dochter. In 1989 creëerde hij verschillende modellen van het apparaat, ontving een patent en opende een bedrijf voor de productie van Stratasys FDM 3D-printers.
De eerste FDM-printer verscheen in 1991. Nu is het metmeest voorkomende 3D-printtechnologie.
De volgende methode is directe lasergroei (LMD). Zijn bedacht onderzoekers van Sandia National Laboratories (VS) in de jaren negentig. Metaal wordt hier gebruikt als drukmateriaal in de vorm van een poeder of een draaddraad. LMD wordt in de industrie gebruikt - bijvoorbeeld om onderdelen te maken. Ook vrij grote. Bijvoorbeeld de grootste 3D-printer in Rusland met deze technologie kunnen fabriceren producten met parameters van 2,2 meter in diameter en één meter hoog. De installatie heet "ILIST-2XL" en is gemaakt in Rosatom.
Eind jaren 90 en 2000: de geboorte van bioprinting
De vooruitzichten voor 3D-printen in de geneeskunde werden vrijwel onmiddellijk na de komst van technologie opgemerkt. Het eerste experiment op dit gebied gehouden in 1999 door onderzoekers van het Boston Children's Hospital aan de Harvard Medical School. Met behulp van een printer creëerden ze een blaassteiger van collageen en polymeren. En dan hebben ze er handmatig donorcellen van patiënten op geplaatst.
Echte bioprinting verscheen in 2003. De auteur van de technologie is de Amerikaanse bio-ingenieur Thomas Boland. Hij vervangen "inkt" op een vloeistof met echte levende cellen, en gebruikte een speciaal substraat als basis om ze te plaatsen. Hierdoor slaagde hij erin cellen van bacteriën en zoogdieren te printen. Technologie patent ontvangen in 2006 jaar.
In dezelfde richting in nul werkte een groep wetenschappers onder leiding van professor Gabor Forgach. Hun bioprinttechnologie NovoGen was de eerste die commercieel succes boekte, met de lancering van Organova in 2007 in San Diego. Twee jaar later daar uitgegeven een van de eerste commerciële 3D-bioprinters is de Novogen MMX.
Medio jaren 2000: budget 3D-printers bouwen
Lange tijd waren 3D-printers enorm en duur. Daarom leek het onmogelijk om zo'n apparaat voor thuis aan te schaffen. de situatie veranderen besloten Britse docent Adrian Bauer. De universiteit waar hij werkte had een 3D-printer van £ 40.000, destijds een van de goedkoopste. Maar Bauer droomde ervan om het nog budgetvriendelijker te maken. In 2005 kwam hij op het idee voor de RepRap, een compacte 3D-printer die de meeste onderdelen kon maken. Met één zo'n machine zou het mogelijk zijn om veel meer vergelijkbare machines te produceren.
In hetzelfde 2005 ontving Bauer geld om zijn idee uit te voeren en sprak erover op internet. RepRap is een open source-project: elke persoon op internet kan het naar eigen inzicht aanpassen en aanpassen. Het concept werd al snel populair. In 2008 werd uitgebracht Het eerste model van RepRap is de Darwin. Het zag eruit als een frame met draden en bevestigingsmiddelen. Hij was niet erg mooi, maar behoorlijk functioneel: hij kon sommige van zijn onderdelen en andere items printen, zoals een autotelefoonhouder.
RepRap is niet het enige project. In 2006, studenten aan de Cornell University ingediend Open source 3D-printer - Fab@Home. Een van de eerste dingen die hij ermee maakte, waren een siliconen horlogebandje en een kleine propeller.
Begin jaren 2010: ontwikkeling van 3D-prothesen
In 2013, poppenspeler Ivan Owen gemaakt de eerste 3D-geprinte prothetische hand. Hij begon te experimenteren met technologie, niet alleen uit nieuwsgierigheid. Owen werd benaderd door een vrouw wiens zoon werd geboren zonder vingers aan zijn rechterhand. Tegen die tijd was de jongen al vijf jaar oud. In eerste instantie keek de kunstenaar naar bekende materialen zoals metaal en maakte er zelfs het eerste prototype van. Maar al snel besefte ik dat het kind snel groeit en dat het elk jaar opnieuw doen van de hand te arbeidsintensief is. Dus Owen begon zich te verdiepen in 3D-printen, vroeg een technologiebedrijf om een paar printers voor een goed doel en begon een hand op een computer te modelleren. Alles ging goed - de hand kwam er sterk en mobiel uit.
Owen heeft de uitvinding niet in licentie gegeven. In plaats daarvan plaatste hij het project in het publieke domein, zodat andere mensen een prothese voor zichzelf konden maken.
Eind jaren 2010: bouw van bedrukte huizen
Het idee dat een grote 3D-printer het mogelijk zou maken om huizen sneller en minder arbeidsintensief te bouwen dan met klassieke gereedschappen, besproken al aan het einde van de 20e eeuw. In de jaren 2000 begonnen ze geschikte machines en technologieën te ontwikkelen, en in de jaren 2010 verschenen de eerste gedrukte huizen al. In 2015 bijvoorbeeld het Chinese bedrijf WinSun gebouwd met behulp van een gebouwprinter van zes verdiepingen. In 2016 in Doubai verscheen op maat gemaakt kantoor: de mogelijkheid om eenvoudig aangepaste ontwerpen te maken, is een van de voordelen van 3D-printen in de bouw.
In 2017 verschenen de eerste woongebouwen gebouwd met behulp van deze technologie in Rusland - in Stupino En Jaroslavl. En in 2022 onderzoekers aan de Universiteit van Maine in 12 uur gemaakt het eerste huis volledig geprint van biomaterialen - houtvezels en harsen. Een grote keuze aan "inkten" voor gebouwen is een ander pluspunt van 3D-printen. Voor deze doeleinden worden bijvoorbeeld beton, zand, vulkanische as en rijstschillen gebruikt.
Wat nu?
Tegenwoordig wordt 3D-printen op verschillende gebieden actief gebruikt. Met zijn hulp maken ze kleding, onderzoeksinstrumenten, implantaten en zelfs voedsel. De mogelijkheden van de technologie worden actief onderzocht en het heeft veel vooruitzichten. Ja, wetenschappers veronderstellendat de printer in de toekomst rechtstreeks in een persoon kan printen en het beschadigde gebied van bot of kraakbeen zo snel mogelijk kan vervangen. Er zijn al voorbeelden van kleine apparaten voor in-vivo-toepassingen. Naar zo'n is van toepassing endoscopische robotprinter F3DB, gemaakt door ingenieurs uit Sydney. En als onderzoekers een manier vinden om 3D-organen zo te programmeren dat ze naadloos in het zenuwstelsel en de bloedsomloop passen, slagen de wachtlijst voor donorhulp aanzienlijk verminderen.