Dari cangkir kecil hingga bangunan bertingkat tinggi: bagaimana teknologi pencetakan 3D telah berubah

Awal 1980-an: percobaan pertama

Teknologi pencetakan 3D pertama ditawarkan Hideo Kodama Jepang pada tahun 1981. Benar, itu kemudian disebut bukan pencetakan 3D, tetapi pembuatan prototipe cepat. Kodama datang dengan perangkat yang bekerja sesuai dengan metode stereolithography (SLA): laser menyinari resin photopolymer, meletakkan objek terprogram berlapis-lapis. Namun, dia hanya mendeskripsikan idenya, tetapi dia tidak dapat memberikan bukti yang diperlukan untuk mendapatkan paten.

Sekitar waktu yang sama, pengerjaan perangkat untuk pembuatan prototipe cepat secara mandiri dimulai Insinyur Amerika Charles Hull dan Insinyur Prancis Jean-Claude André, Alain le Meho dan Olivier de Witt. Sukses dicapai dalam kedua kasus. Pada tahun 1984, para peneliti mengajukan paten. Prancis tiga minggu ke depan, tetapi ini tidak membantu mereka - proposal mereka dianggap tidak menjanjikan, jadi mereka tidak berinvestasi dalam pengembangan teknologi. Tapi Hull sukses, itulah sebabnya dia dianggap sebagai penemu pencetakan 3D.

Potongan cetakan pertama Hull adalah cangkir kecil. Dia mengingatkan insinyur tentang alat untuk meneteskan obat tetes mata, istrinya - mangkuk untuk persekutuan.

Pada tahun 1986, Hull, bersama rekannya dibuat Perusahaan Sistem 3D. Setahun kemudian, mereka merilis printer 3D produksi massal pertama, SLA‑1. Penemuan ini awalnya menarik perhatian perusahaan mobil: dengan bantuan alat tersebut, mereka mencetak prototipe bagian-bagian kecil, seperti gagang pintu.

Pertengahan 1980-an dan 1990-an: munculnya metode pencetakan 3D lainnya

Pada akhir abad ke-20, beberapa teknologi pencetakan 3D muncul. Pertama - sintering laser selektif (SLS). Di sini, bukan resin, tetapi zat curah yang digunakan sebagai "tinta". Penulis teknologi Carl Deckard dikembangkan dia sebagai mahasiswa master di University of Texas. Profesor Joseph Beeman membantunya membuat perangkat tersebut. Objek pertama yang dicetak oleh printer 3D SLS adalah sebuah kubus. Pada tahun 1988, Deckard mematenkan penemuan tersebut dan mendirikan Desk Top Manufacturing.

Setahun kemudian muncul metode deposisi menyatu (FDM). "Tinta" dalam hal ini adalah polimer termoplastik dalam bentuk filamen. Mereka dililitkan pada koil dan ditempatkan di dalam perangkat. Polimer kemudian dipanaskan dan dituangkan ke dalam bentuk yang diprogram. Penulis pencetakan 3D tersebut adalah insinyur Scott Crump. untuk ide itu diminta pengalaman hidup. Crump bekerja untuk perusahaan yang berencana membuat pembongkaran PCB. Tetapi hal-hal tidak berjalan sesuai rencana. Prototyping memakan waktu lama, akibatnya perusahaan kehilangan kesempatan untuk memasuki pasar. Kemudian insinyur tersebut memutuskan untuk menemukan cara untuk mempercepat proses tersebut. Dia mulai bereksperimen di dapur: berbekal lem tembak dan gel plastik setengah padat, dia membuat mainan katak untuk putrinya. Pada tahun 1989, ia menciptakan beberapa model perangkat, menerima hak paten dan membuka perusahaan untuk produksi printer 3D Stratasys FDM.

Printer FDM pertama muncul pada tahun 1991. Sekarang denganpaling umum teknologi pencetakan 3D.

Metode berikut adalah pertumbuhan laser langsung (LMD). Miliknya datang dengan peneliti di Sandia National Laboratories (AS) pada 1990-an. Logam yang digunakan di sini sebagai bahan cetak berupa serbuk atau benang kawat. LMD digunakan dalam industri - misalnya, untuk membuat suku cadang. Yang cukup besar juga. Misalnya printer 3D terbesar di Rusia dengan teknologi ini mampu memproduksi produk dengan parameter diameter 2,2 meter dan tinggi satu meter. Instalasi disebut "ILIST-2XL", dan dibuat di Rosatom.

Akhir 1990-an dan 2000-an: lahirnya bioprinting

Prospek pencetakan 3D dalam kedokteran terlihat segera setelah munculnya teknologi. Percobaan pertama di daerah ini dipegang pada tahun 1999 oleh para peneliti di Boston Children's Hospital di Harvard Medical School. Menggunakan printer, mereka membuat perancah kandung kemih dari kolagen dan polimer. Dan kemudian mereka secara manual menempatkan sel donor dari pasien di atasnya.

Bioprinting sejati muncul pada tahun 2003. Penulis teknologinya adalah bioengineer Amerika Thomas Boland. Dia diganti "tinta" pada cairan dengan sel hidup nyata, dan menggunakan substrat khusus sebagai alas untuk menempatkannya. Alhasil, ia berhasil mencetak sel bakteri dan mamalia. Paten teknologi diterima pada tahun 2006.

Ke arah yang sama di nol bekerja sekelompok ilmuwan yang dipimpin oleh Profesor Gabor Forgach. Teknologi bioprinting NovoGen mereka adalah yang pertama mencapai kesuksesan komersial ketika Organova dibuka di San Diego pada tahun 2007 untuk mendistribusikannya. Dua tahun kemudian di sana dilepaskan salah satu bioprinter 3D komersial pertama adalah Novogen MMX.

Pertengahan 2000-an: Membangun printer 3D anggaran

Untuk waktu yang lama, printer 3D sangat besar dan mahal. Oleh karena itu, sepertinya tidak mungkin membeli perangkat semacam itu untuk rumah. mengubah situasi diputuskan Dosen Inggris Adrian Bauer. Universitas tempat dia bekerja memiliki printer 3D seharga £40.000, salah satu yang termurah saat itu. Tapi Bauer bermimpi membuatnya lebih ramah anggaran. Pada tahun 2005, dia mendapatkan ide untuk RepRap, printer 3D ringkas yang dapat membuat sebagian besar komponennya. Memiliki satu mesin seperti itu, dimungkinkan untuk menghasilkan lebih banyak lagi yang serupa.

Pada tahun 2005 yang sama, Bauer menerima uang untuk mengimplementasikan idenya dan membicarakannya di Web. RepRap adalah proyek sumber terbuka: siapa pun di Internet dapat memodifikasi dan memodifikasinya sesuka mereka. Konsep tersebut dengan cepat menjadi populer. Pada tahun 2008 sudah diterbitkan Model pertama RepRap adalah Darwin. Itu tampak seperti bingkai dengan kabel dan pengencang. Dia tidak terlalu cantik, tapi cukup fungsional: dia bisa mencetak beberapa bagiannya dan barang lainnya, seperti dudukan telepon mobil.

RepRap bukan satu-satunya proyek semacam itu. Pada tahun 2006, mahasiswa di Universitas Cornell disampaikan Printer 3D sumber terbuka - Fab@Home. Di antara hal pertama yang dia buat dengannya adalah tali jam silikon dan baling-baling kecil.

Awal 2010-an: Pengembangan Prostesis 3D

Pada 2013, dalang Ivan Owen dibuat tangan prostetik cetak 3D pertama. Dia mulai bereksperimen dengan teknologi bukan hanya karena penasaran. Owen didekati oleh seorang wanita yang putranya lahir tanpa jari di tangan kanannya. Saat itu, bocah itu sudah berusia lima tahun. Pada awalnya, sang seniman melihat ke bahan yang sudah dikenal seperti logam dan bahkan membuat prototipe pertama dari bahan tersebut. Tetapi segera saya menyadari bahwa anak itu tumbuh dengan cepat, dan mengulang tangan setiap tahun terlalu melelahkan. Jadi Owen mulai mempelajari pencetakan 3D, meminta beberapa printer dari perusahaan teknologi untuk tujuan yang baik, dan mulai membuat model tangan di komputer. Semuanya berjalan dengan baik - tangan keluar dengan kuat dan bergerak.

Owen tidak melisensikan penemuan tersebut. Sebaliknya, dia memposting proyek tersebut di domain publik sehingga orang lain dapat membuat prostesis untuk diri mereka sendiri.

Akhir 2010-an: Pembangunan percetakan

Gagasan bahwa printer 3D besar akan memungkinkan untuk membangun rumah lebih cepat dan lebih sedikit tenaga daripada alat klasik, dibahas sejak akhir abad ke-20. Pada tahun 2000-an, mereka mulai mengembangkan mesin dan teknologi yang sesuai, dan pada tahun 2010-an percetakan pertama sudah muncul. Misalnya, pada 2015, perusahaan China WinSun dibuat menggunakan printer bangunan enam lantai. Pada tahun 2016 di Dubai muncul kantor berbentuk khusus: kemampuan untuk dengan mudah membuat desain khusus adalah salah satu keunggulan pencetakan 3D dalam konstruksi.

Pada 2017, bangunan tempat tinggal pertama yang dibangun menggunakan teknologi ini muncul di Rusia - di Bodoh Dan Yaroslavl. Dan pada tahun 2022, para peneliti di University of Maine dalam 12 jam dibuat rumah pertama dicetak seluruhnya dari biomaterial - serat kayu dan resin. Banyak pilihan "tinta" bangunan adalah nilai tambah lain dari pencetakan 3D. Untuk tujuan ini, misalnya digunakan beton, pasir, abu vulkanik, dan sekam padi.

Apa sekarang?

Saat ini, pencetakan 3D secara aktif digunakan di berbagai bidang. Dengan bantuannya, mereka membuat pakaian, instrumen penelitian, implan, dan bahkan makanan. Kemampuan teknologi sedang dieksplorasi secara aktif, dan memiliki banyak prospek. Ya, ilmuwan memperkirakanbahwa di masa depan printer akan dapat mencetak langsung ke dalam tubuh seseorang, mengganti area tulang atau tulang rawan yang rusak secepat mungkin. Sudah ada contoh perangkat mungil untuk aplikasi in-vivo. Untuk seperti berlaku printer robotik endoskopik F3DB, dibuat oleh para insinyur dari Sydney. Dan jika peneliti menemukan cara untuk memprogram organ 3D agar sesuai dengan sistem saraf dan peredaran darah, berhasil secara signifikan mengurangi daftar tunggu untuk bantuan donor.