3D-tulostus: Yksi 2000-luvun vallankumouksellisimmista nanufacturing-tekniikoista

Kun kuulit ensimmäisen kerran sanat "3D-tulostus", kuvittelitko superfuturistisen tekniikan, joka esiintyy usein tieteiselokuvissa? Uskokaa tai älkää, 3D-tulostus on ollut olemassa lähes 40 vuotta.

Kolmiulotteinen tulostus on lisäainevalmistusprosessi, joka luo fyysisen kohteen digitaalisesta suunnittelusta. Prosessi toimii asettamalla ohuita materiaalikerroksia nestemäisen tai jauhetun muovin, metallin tai sementin muodossa ja sekoittamalla sitten kerrokset yhteen.

Tässä on nopea 3D-tulostusaikataulu 1940-luvulta tähän päivään.

1940-luvulla: Käsite

Itse asiassa 3D-tulostus on ollut olemassa konseptissa vuodesta 1945 - Murray Leinster selitti termiä vuoden 1945 novellissaan Things Pass By: "Mutta tämä rakentaja on sekä tehokas että joustava. Syötän magnetronisia muoveja - tavaroita, joista nykyään tehdään taloja ja aluksia - tähän liikkuvaan käsivarteen. Se tekee piirustuksia ilmassa piirustusten jälkeen, jotka se skannaa valokuvasoluilla. Mutta muovi tulee ulos piirustusvarren päästä ja kovettuu, kun se tulee ... ainoastaan seuraavat piirustukset."

1980-luvulla: Syntymä

Ensimmäiset dokumentoidut 3D-tulostuksen iteraatiot voidaan jäljittää 1980-luvun alkuun Japanissa. Vuonna 1981 tohtori Hideo Kodama Nagoya Municipal Industrial Research Institutesta julkaisi yksityiskohtia "nopea prototyyppi" -tekniikasta. Tämä tutkimus oli ensimmäinen kirjallisuuden pala, joka kuvasi 3D-tulostuksen luontaista kerrosmaisuusmenetelmää. Hänen tutkimuksensa sisälsi fotopolymeerien tulostamisen stereolitografiaa edeltäneellä menetelmällä ja puhui myös poikkileikkausosista, jotka makasivat toistensa päällä 3D-objektin muodostamiseksi. Tohtori Kodama ei kuitenkaan täyttänyt patenttihakemusta ennen määräaikaa, eikä hänelle koskaan myönnetty patenttia.

Muutamaa vuotta myöhemmin ranskalaisten insinöörien Alain Le Méhautén, Olivier de Witten ja Jean Claude Andrén kolmikko yritti luoda nopean prototyyppikoneen. Hartsin sijasta he pyrkivät luomaan järjestelmän, joka suolasi nestemäiset monomeerit kiinteiksi aineiksi laserilla. He hakivat patenttia stereolitografiaprosessille, mutta hylättiin liiketoimintanäkökulman puutteen vuoksi.

Chuck Hull rakensi ensimmäisen 3D-tulostimen. Hän toimitti ensimmäisen stereolitografiapatentin (SLA) vuonna 1986, perusti 3D Systems Corporationin ja julkaisi vuonna 1988 SLA-1: n, heidän ensimmäisen kaupallisen tuotteensa. Tämä kone mahdollisti monimutkaisten osien valmistamisen kerros kerrokselta murto-osassa normaalisti vievästä ajasta. Hull jätti yli 60 patenttia tekniikan ympärille, tuli nopean prototyyppiliikkeen kummisetäksi ja keksi STL-tiedostomuodon, joka on edelleen käytössä.

SLA ei ollut ainoa lisäaineiden valmistusprosessi, jota tutkittiin tänä aikana. Vuonna 1988 Texasin yliopistossa Carl Deckard toi patentin SLS-tekniikalle, toisen 3D-tulostustekniikan, jossa jauheviljat sulatetaan paikallisesti laserilla. Sillä välin Scott Crump patentoi myös Fused Deposition Modelingin (FDM). Menetelmään kuului polymeerifilamentin sulattaminen ja sen tallettaminen alustalle kerros kerrokselta 3D-objektin luomiseksi.

1990-2000-luvuilla: Kasvu

1990-luvulla monet yritykset ja startupit alkoivat ilmestyä ja kokeilla erilaisia lisäaineita valmistustekniikoita. Tänä aikana koneet olivat hyvin erilaisia kuin ne, joita käytämme nyt. Niitä oli vaikea käyttää, kalliita, ja monet lopulliset tulosteet vaativat paljon jälkikäsittelyä.

Vuonna 2004 tohtori Adrian Bowyer, konetekniikan vanhempi luennoitsija Bathin yliopistossa Yhdistyneessä kuningaskunnassa, perusti RepRap-projektin. Se oli avoimen lähdekoodin projekti, jonka tarkoituksena oli rakentaa 3D-tulostin, joka pystyi tulostamaan suurimman osan omista osistaan. Sen ideana oli demokratisoida 3D-tulostus asettamalla tekniikka ihmisten saataville ympäri maailmaa.

Vuosi 2009 oli vuosi, jolloin FDM-patentit julkistettiin, mikä avasi tien laajalle innovaatioaallolle FDM 3D -tulostimissa, työpöydän 3D-tulostimien hinnan laskulle ja siten, koska tekniikka oli helpommin saatavilla, näkyvyyden lisääminen.

3D-tulostus nyt: Prime

Nykyään 3D-tulostimien hinnat alkoivat laskea, mikä toi ne yleisön saataville. Hintojen laskun lisäksi myös tulostuksen laatu ja helppous lisääntyivät.

3D-tulostusta käytetään useilla aloilla. Southamptonin yliopiston tutkijat lensivät maailman ensimmäisellä 3D-tulostetulla miehittämättömällä ilma-aluksella; 3D-tulostetun auton valmistajat saavuttivat jopa 200 mpg hybridikaasulla / sähkömoottorilla; ja ekologisten elinrakenteiden rakentamiseen erikoistunut startup-yritys keksi Marsissa asumiseen soveltuvan robottien rakentama elinympäristön.

3D-tulostuksen läpimurrot tapahtuvat nopeammin kuin koskaan ennen. Se valtava vaikutus ja suuri potentiaali muuttavat elämäämme.