Μπορεί να έχετε ακούσει ότι η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι προφητευόμενη ως το μέλλον της κατασκευής. Και με τον τρόπο που η τεχνολογία έχει προχωρήσει και εξαπλωθεί εμπορικά, μπορεί πολύ καλά να κάνει καλό για τη δημοσιότητα που την περιβάλλει. Έτσι, τι είναι η εκτύπωση 3D; Και ποιος ήρθε με αυτό;
Το καλύτερο παράδειγμα για να περιγράψει κανείς πώς τρισδιάστατες εκτυπώσεις προέρχονται από τη σειρά τηλεόρασης Star Trek: Η επόμενη γενιά. Σε αυτό το φανταστικό φουτουριστικό σύμπαν, το πλήρωμα πάνω σε ένα διαστημόπλοιο χρησιμοποιεί μια μικρή συσκευή που ονομάζεται συσκευή αναπαραγωγής για να δημιουργήσει σχεδόν τίποτα, όπως σε οτιδήποτε από τα τρόφιμα και τα ποτά στα παιχνίδια. Τώρα, ενώ και οι δύο είναι σε θέση να αποδίδουν τρισδιάστατα αντικείμενα, η εκτύπωση 3D δεν είναι σχεδόν εξίσου εξελιγμένη. Ενώ ένας αναδιπλασιαστής χειρίζεται υποατομικά σωματίδια για να παράγει ό, τι και αν έρθει στο μυαλό του οποιοδήποτε μικρό αντικείμενο, οι 3D εκτυπωτές "εκτυπώνουν" υλικά σε διαδοχικά στρώματα για να σχηματίσουν το αντικείμενο.
Πρόωρη ανάπτυξη
Ιστορικά μιλώντας, η ανάπτυξη της τεχνολογίας άρχισε στις αρχές της δεκαετίας του 1980, ακόμη και πριν από την προαναφερθείσα τηλεοπτική εκπομπή. Το 1981, ο Hideo Kodama του Δημοτικού Ινστιτούτου Βιομηχανικής Έρευνας του Ναγκόγια ήταν ο πρώτος που δημοσίευσε ένα λογαριασμό για το πώς τα υλικά που ονομάζονται φωτοπολυμερή που σκληρύνθηκαν όταν εκτίθενται σε υπεριώδες φως μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ταχεία κατασκευή του στερεού πρωτότυπα. Αν και το χαρτί του έθεσε τις βάσεις για την εκτύπωση 3D, δεν ήταν ο πρώτος που δημιούργησε πραγματικά ένα 3D εκτυπωτή.
Αυτή η αριστοκρατική τιμή πηγαίνει στον μηχανικό Chuck Hull, ο οποίος σχεδίασε και δημιούργησε τον πρώτο εκτυπωτή 3D το 1984. Είχε δουλέψει για μια εταιρεία που χρησιμοποίησε λάμπες υπεριώδους ακτινοβολίας για να κατασκευάσει σκληρές, ανθεκτικές επιστρώσεις για τραπέζια, όταν χτύπησε την ιδέα να εκμεταλλευτεί την υπεριώδη τεχνολογία για να φτιάξει μικρά πρωτότυπα. Ευτυχώς, ο Χαλ είχε εργαστήριο για να πειράζει με την ιδέα του για μήνες.
Το κλειδί για την κατασκευή ενός τέτοιου εκτυπωτή ήταν τα φωτοπολυμερή που παρέμειναν σε υγρή κατάσταση μέχρι να αντιδράσουν υπεριώδες φως. Το σύστημα που τελικά θα αναπτυχθεί η Hull, γνωστή ως στερεολιθογραφία, χρησιμοποίησε δέσμη υπεριώδους φωτός για να σκιαγραφήσει το σχήμα του αντικειμένου από μια δεξαμενή υγρού φωτοπολυμερούς. Καθώς η δέσμη φωτός σκληρύνει κάθε στρώση κατά μήκος της επιφάνειας, η πλατφόρμα θα κινηθεί προς τα κάτω έτσι ώστε το επόμενο στρώμα να μπορεί να σκληρυνθεί.
Καταθέτει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την τεχνολογία το 1984, αλλά ήταν τρεις εβδομάδες μετά από μια ομάδα γαλλικών εφευρετών, Alain Le Méhauté, Olivier de Witte και Jean Claude André, κατέθεσε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για παρόμοια διαδικασία. Ωστόσο, οι εργοδότες τους εγκατέλειψαν τις προσπάθειες για την περαιτέρω ανάπτυξη της τεχνολογίας λόγω της «έλλειψης επιχειρηματικής προοπτικής». Αυτό επέτρεψε στο Χαλ να προστατεύει τα πνευματικά δικαιώματα "Στερεολιθογραφία". Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του, με τίτλο "Συσκευή Παραγωγής Τρισδιάστατων Αντικειμένων με Στερεολιθογραφία", εκδόθηκε στις 11 Μαρτίου 1986. Εκείνη τη χρονιά, ο Hull σχημάτισε επίσης τρισδιάστατα συστήματα στη Βαλένθια της Καλιφόρνιας, ώστε να μπορέσει να ξεκινήσει τα πρώτα πρωτότυπα εμπορικά
Επέκταση σε διαφορετικά υλικά και τεχνικές
Ενώ το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του Hull κάλυψε πολλές πτυχές της εκτύπωσης 3D, συμπεριλαμβανομένου του λογισμικού σχεδιασμού και λειτουργίας, τεχνικές και μια ποικιλία υλικών, άλλοι εφευρέτες θα βασιστούν στην έννοια με διαφορετικά προσεγγίσεις. Το 1989, α ευρεσιτεχνία απονεμήθηκε στον Carl Deckard, πτυχιούχο φοιτητή του Πανεπιστημίου του Τέξας, ο οποίος ανέπτυξε μια μέθοδο που ονομάζεται εκλεκτική πυροσυσσωμάτωση λέιζερ. Με το SLS, α ακτίνα λέηζερ χρησιμοποιήθηκε για τη συνήθεια να συνδέει κονιοποιημένα υλικά, όπως το μέταλλο, για να σχηματίσουν ένα στρώμα του αντικειμένου. Φρέσκια σκόνη θα προστεθεί στην επιφάνεια μετά από κάθε διαδοχική στρώση. Άλλες παραλλαγές όπως η άμεση συνένωση με λέιζερ και η επιλεκτική τήξη με λέιζερ χρησιμοποιούνται επίσης για την κατασκευή μεταλλικών αντικειμένων.
Η πιο δημοφιλής και πιο αναγνωρίσιμη μορφή τρισδιάστατης εκτύπωσης ονομάζεται σύντηξη μοντελοποίησης εναπόθεσης. FDP, που αναπτύχθηκε από τον εφευρέτη S. Ο Scott Crump βάζει το υλικό σε στρώματα απευθείας σε μια πλατφόρμα. Το υλικό, συνήθως μια ρητίνη, διανέμεται μέσω μεταλλικού σύρματος και, μόλις απελευθερωθεί μέσω του ακροφυσίου, σκληραίνει αμέσως. Η ιδέα ήρθε στο Crump το 1988, ενώ προσπαθούσε να κάνει ένα βάτραχο παιχνιδιού για την κόρη του διανέμοντας κερί κεριών μέσω ενός πιστολιού κόλλας.
Το 1989, ο Crump κατοχύρωσε την τεχνολογία και μαζί με τη σύζυγό του η Stratasys Ltd. να κατασκευάσει και να πουλήσει τρισδιάστατα μηχανήματα εκτύπωσης για ταχεία κατασκευή πρωτοτύπων ή εμπορικής παραγωγής. Πήραν το κοινό της εταιρείας τους το 1994 και μέχρι το 2003, η FDP έγινε η κορυφαία τεχνολογία γρήγορων πρωτοτύπων.