Da una tazzina ai grattacieli: come è cambiata la tecnologia di stampa 3D

Primi anni '80: primi esperimenti

La prima tecnologia di stampa 3D offerto Il giapponese Hideo Kodama nel 1981. È vero, allora non si chiamava stampa 3D, ma prototipazione rapida. Kodama ha ideato un dispositivo che funzionava secondo il metodo della stereolitografia (SLA): un laser irradiava una resina fotopolimerica, disponendo un oggetto programmato a strati. Tuttavia, ha solo descritto l'idea, ma non ha potuto fornire le prove necessarie per ottenere un brevetto.

Nello stesso periodo è iniziato il lavoro su un dispositivo per la prototipazione rapida in modo indipendente ingegnere americano Carlo Scafo e ingegneri francesi Jean-Claude André, Alain le Meho e Olivier de Witt. Il successo è stato raggiunto in entrambi i casi. Nel 1984, i ricercatori fecero domanda per un brevetto. I francesi erano avanti di tre settimane, ma questo non li ha aiutati: la loro proposta era considerata poco promettente, quindi non hanno investito nello sviluppo della tecnologia. Ma Hull è stato un successo, motivo per cui è considerato l'inventore della stampa 3D.

Il primo pezzo stampato di Hull era una tazzina. Ha ricordato all'ingegnere uno strumento per instillare colliri, sua moglie - una ciotola per la comunione.

Nel 1986, Hull, insieme ai partner creato Società di sistemi 3D. Un anno dopo, hanno rilasciato la prima stampante 3D prodotta in serie, la SLA-1. L'invenzione ha inizialmente attratto le case automobilistiche: con l'aiuto del dispositivo, hanno stampato prototipi di piccole parti, come le maniglie delle porte.

Metà degli anni '80 e '90: l'ascesa di altri metodi di stampa 3D

Alla fine del 20° secolo sono apparse molte altre tecnologie di stampa 3D. Primo - sinterizzazione laser selettiva (SLS). Qui non vengono utilizzate resine, ma sostanze sfuse come "inchiostro". Autore di tecnologia Carl Deckard sviluppato lei come studente di master presso l'Università del Texas. Il professor Joseph Beeman lo ha aiutato a creare il dispositivo. Il primo oggetto stampato dalla stampante 3D SLS è un cubo. Nel 1988 Deckard brevettò l'invenzione e fondò la Desk Top Manufacturing.

Un anno dopo è apparso metodo di deposizione fusa (FDM). L '"inchiostro" in questo caso è costituito da polimeri termoplastici sotto forma di filamento. Sono avvolti su una bobina e posizionati all'interno del dispositivo. I polimeri vengono quindi riscaldati e colati nella forma programmata. L'autore di tale stampa 3D è l'ingegnere Scott Crump. all'idea di esso richiesto esperienza di vita. Crump ha lavorato per un'azienda che stava progettando di realizzare uno scaricatore di PCB. Ma le cose non sono andate secondo i piani. La prototipazione ha richiesto molto tempo, di conseguenza, l'azienda ha perso l'occasione di entrare nel mercato. Quindi l'ingegnere ha deciso di trovare un modo per accelerare tali processi. Ha iniziato a sperimentare in cucina: armato di pistola per colla a caldo e gel di plastica semisolida, ha realizzato una rana giocattolo per sua figlia. Nel 1989, ha creato diversi modelli del dispositivo, ha ricevuto un brevetto e ha aperto una società per la produzione di stampanti 3D Stratasys FDM.

La prima stampante FDM è apparsa nel 1991. Ora è conpiù comune Tecnologia di stampa 3D.

Il seguente metodo è crescita laser diretta (LMD). Il suo inventato ricercatori dei Sandia National Laboratories (USA) negli anni '90. Il metallo viene utilizzato qui come materiale di stampa sotto forma di polvere o filo metallico. LMD viene utilizzato nell'industria, ad esempio per creare parti. Anche piuttosto grandi. Ad esempio, la più grande stampante 3D in Russia con questa tecnologia in grado di fabbricare prodotti con parametri di 2,2 metri di diametro e un metro di altezza. L'installazione si chiama "ILIST-2XL" ed è stata creata in Rosatom.

Fine anni '90 e 2000: la nascita del bioprinting

Le prospettive per la stampa 3D in medicina sono state notate quasi immediatamente dopo l'avvento della tecnologia. Il primo esperimento in questo settore tenuto nel 1999 dai ricercatori del Boston Children's Hospital della Harvard Medical School. Usando una stampante, hanno creato un'impalcatura della vescica da collagene e polimeri. E poi ci hanno posizionato manualmente le cellule dei donatori dei pazienti.

Il vero bioprinting è apparso nel 2003. L'autore della tecnologia è il bioingegnere americano Thomas Boland. Lui sostituito "inchiostro" su un liquido con vere cellule viventi e ha utilizzato uno speciale substrato come base per posizionarle. Di conseguenza, è riuscito a stampare cellule di batteri e mammiferi. Brevetto tecnologico ricevuto nell'anno 2006.

Nella stessa direzione in zero lavorato un gruppo di scienziati guidati dal professor Gabor Forgach. La loro tecnologia di bioprinting NovoGen è stata la prima a raggiungere il successo commerciale, con il lancio di Organova nel 2007 a San Diego. Due anni dopo lì rilasciato una delle prime biostampanti 3D commerciali è la Novogen MMX.

Metà degli anni 2000: costruzione di stampanti 3D economiche

Per molto tempo, le stampanti 3D sono state enormi e costose. Pertanto, sembrava impossibile acquistare un dispositivo del genere per la casa. cambiare la situazione deciso Docente britannico Adrian Bauer. L'università in cui lavorava aveva una stampante 3D da 40.000 sterline, una delle più economiche all'epoca. Ma Bauer sognava di renderlo ancora più economico. Nel 2005, ha avuto l'idea di RepRap, una stampante 3D compatta in grado di creare la maggior parte delle sue parti. Avendo una di queste macchine, sarebbe possibile produrne molte altre simili.

Nello stesso 2005, Bauer ha ricevuto denaro per realizzare la sua idea e ne ha parlato sul web. RepRap è un progetto open source: qualsiasi persona su Internet può modificarlo e modificarlo a suo piacimento. Il concetto è diventato rapidamente popolare. Nel 2008 è stato rilasciato Il primo modello di RepRap è il Darwin. Sembrava un telaio con fili e elementi di fissaggio. Non era molto carino, ma abbastanza funzionale: poteva stampare alcune delle sue parti e altri oggetti, come un supporto per telefono per auto.

RepRap non è l'unico progetto del genere. Nel 2006, studenti della Cornell University presentato Stampante 3D open source - Fab@Home. Tra le prime cose che ha creato con esso c'erano un cinturino per orologio in silicone e una piccola elica.

Primi anni 2010: sviluppo di protesi 3D

Nel 2013, il burattinaio Ivan Owen creato la prima mano protesica stampata in 3D. Ha iniziato a sperimentare con la tecnologia non solo per curiosità. Owen è stato avvicinato da una donna il cui figlio è nato senza le dita della mano destra. A quel punto, il ragazzo aveva già cinque anni. All'inizio, l'artista ha guardato a materiali familiari come il metallo e ne ha persino creato il primo prototipo. Ma presto mi sono reso conto che il bambino sta crescendo rapidamente e rifare la mano ogni anno è troppo laborioso. Quindi Owen ha iniziato a esaminare la stampa 3D, ha chiesto a un'azienda tecnologica un paio di stampanti per una buona causa e ha iniziato a modellare una mano su un computer. Tutto è andato bene: la mano è uscita forte e mobile.

Owen non ha concesso in licenza l'invenzione. Invece, ha pubblicato il progetto di dominio pubblico in modo che altre persone potessero realizzare una protesi per se stesse.

Fine anni 2010: costruzione di case stampate

L'idea che una grande stampante 3D renderebbe possibile costruire case più velocemente e con meno manodopera rispetto agli strumenti classici, discusso già alla fine del XX secolo. Negli anni 2000 hanno iniziato a sviluppare macchine e tecnologie adeguate e negli anni 2010 sono già apparse le prime case stampate. Ad esempio, nel 2015, la società cinese WinSun costruito utilizzando una stampante per edifici a sei piani. Nel 2016 a Dubai apparso ufficio su misura: la possibilità di creare facilmente progetti personalizzati è uno dei vantaggi della stampa 3D nell'edilizia.

Nel 2017 sono comparsi in Russia i primi edifici residenziali realizzati con questa tecnologia Stupino E Jaroslavl. E nel 2022, i ricercatori dell'Università del Maine in 12 ore creato la prima casa stampata interamente da biomateriali - fibre di legno e resine. Un'ampia selezione di "inchiostri" per la costruzione è un altro vantaggio della stampa 3D. Per questi scopi, ad esempio, vengono utilizzati cemento, sabbia, cenere vulcanica e lolla di riso.

E adesso?

Oggi la stampa 3D viene utilizzata attivamente in vari campi. Con il suo aiuto, creano vestiti, strumenti di ricerca, impianti e persino cibo. Le capacità della tecnologia vengono esplorate attivamente e ha molte prospettive. Sì, scienziati supponiamoche in futuro la stampante sarà in grado di stampare direttamente all'interno di una persona, sostituendo il più rapidamente possibile l'area danneggiata di osso o cartilagine. Esistono già esempi di minuscoli dispositivi per applicazioni in-vivo. A tale si applica stampante robotica endoscopica F3DB, creata da ingegneri di Sydney. E se i ricercatori trovano un modo per programmare gli organi 3D in modo che si adattino perfettamente ai sistemi nervoso e circolatorio, avere successo ridurre significativamente la lista d'attesa per l'assistenza dei donatori.