De um pequeno copo a arranha-céus: como a tecnologia de impressão 3D mudou
Miscelânea / / June 13, 2023
As impressoras 3D surgiram há menos de 40 anos, mas já influenciaram significativamente várias áreas da vida. Contamos como se desenvolveram as possibilidades da impressão 3D e do que ela é capaz hoje.
Início dos anos 1980: primeiros experimentos
A primeira tecnologia de impressão 3D oferecido O japonês Hideo Kodama em 1981. É verdade que não era chamada de impressão 3D, mas de prototipagem rápida. Kodama criou um dispositivo que funcionava de acordo com o método da estereolitografia (SLA): um laser irradiava uma resina de fotopolímero, colocando um objeto programado em camadas. No entanto, ele apenas descreveu a ideia, mas não conseguiu fornecer as evidências necessárias para obter uma patente.
Na mesma época, o trabalho em um dispositivo para prototipagem rápida começou de forma independente engenheiro americano Charles Hull e engenheiros franceses Jean-Claude André, Alain le Meho e Olivier de Witt. O sucesso foi alcançado em ambos os casos. Em 1984, os pesquisadores solicitaram uma patente. Os franceses estavam três semanas à frente, mas isso não os ajudou - sua proposta foi considerada pouco promissora, por isso não investiram no desenvolvimento de tecnologia. Mas Hull foi um sucesso, por isso é considerado o inventor da impressão 3D.
A primeira peça impressa de Hull foi um pequeno copo. Ela lembrou o engenheiro de uma ferramenta para instilar colírios, sua esposa - uma tigela para a comunhão.
Em 1986, Hull, juntamente com sócios criada Corporação de Sistemas 3D. Um ano depois, eles lançaram a primeira impressora 3D produzida em massa, a SLA-1. A invenção inicialmente atraiu empresas automobilísticas: com a ajuda do aparelho, elas imprimiram protótipos de pequenas peças, como maçanetas de portas.
Meados dos anos 1980 e 1990: o surgimento de outros métodos de impressão 3D
No final do século 20, surgiram várias outras tecnologias de impressão 3D. Primeiro - Sinterização Seletiva a Laser (SLS). Aqui, não resinas, mas substâncias a granel são usadas como "tinta". Autor de tecnologia Carl Deckard desenvolvido ela como estudante de mestrado na Universidade do Texas. O professor Joseph Beeman o ajudou a criar o dispositivo. O primeiro objeto impresso pela impressora 3D SLS é um cubo. Em 1988, Deckard patenteou a invenção e fundou a Desk Top Manufacturing.
Um ano depois apareceu método de deposição fundida (FDM). A "tinta" neste caso são polímeros termoplásticos na forma de um filamento. Eles são enrolados em uma bobina e colocados dentro do dispositivo. Os polímeros são então aquecidos e vazados na forma programada. O autor dessa impressão 3D é o engenheiro Scott Crump. à ideia disso solicitado experiência de vida. Crump trabalhava para uma empresa que planejava fabricar um descarregador de PCB. Mas as coisas não correram conforme o planejado. A prototipagem demorou muito, com isso a empresa perdeu a chance de entrar no mercado. Então o engenheiro decidiu encontrar uma maneira de agilizar esses processos. Começou a fazer experiências na cozinha: munido de uma pistola de cola quente e géis plásticos semi-sólidos, fez um sapo de brinquedo para a filha. Em 1989, criou vários modelos do aparelho, obteve uma patente e abriu uma empresa para a produção de impressoras 3D Stratasys FDM.
A primeira impressora FDM apareceu em 1991. Agora é commais comum Tecnologia de impressão 3D.
O seguinte método é crescimento direto do laser (LMD). Dele veio com pesquisadores do Sandia National Laboratories (EUA) na década de 1990. O metal é usado aqui como material de impressão na forma de pó ou fio de arame. O LMD é usado na indústria - por exemplo, para criar peças. Bem grandes também. Por exemplo, a maior impressora 3D da Rússia com esta tecnologia capaz de fabricar produtos com parâmetros de 2,2 metros de diâmetro e um metro de altura. A instalação chama-se "ILIST-2XL" e foi criada na Rosatom.
Final dos anos 1990 e 2000: o nascimento da bioimpressão
As perspectivas da impressão 3D na medicina foram percebidas quase imediatamente após o advento da tecnologia. A primeira experiência nesta área mantido em 1999 por pesquisadores do Boston Children's Hospital da Harvard Medical School. Usando uma impressora, eles criaram um andaime de bexiga de colágeno e polímeros. E então eles colocaram manualmente células de doadores de pacientes nele.
A verdadeira bioimpressão apareceu em 2003. O autor da tecnologia é o bioengenheiro americano Thomas Boland. Ele substituído "tinta" em um líquido com células vivas reais, e usou um substrato especial como base para colocá-las. Como resultado, ele conseguiu imprimir células de bactérias e mamíferos. patente de tecnologia recebido no ano de 2006.
Na mesma direção em zero trabalhado um grupo de cientistas liderados pelo professor Gabor Forgach. Sua tecnologia de bioimpressão NovoGen foi a primeira a alcançar sucesso comercial quando a Organova foi inaugurada em San Diego em 2007 para distribuí-la. Dois anos depois lá lançado uma das primeiras bioimpressoras 3D comerciais é a Novogen MMX.
Meados dos anos 2000: Construindo impressoras 3D de baixo custo
Por muito tempo, as impressoras 3D eram enormes e caras. Portanto, parecia impossível comprar tal dispositivo para o lar. mudar a situação decidiu O professor britânico Adrian Bauer. A universidade em que ele trabalhava tinha uma impressora 3D de £ 40.000, uma das mais baratas da época. Mas Bauer sonhava em torná-lo ainda mais econômico. Em 2005, ele teve a ideia da RepRap, uma impressora 3D compacta que poderia criar a maioria de suas peças. Tendo uma dessas máquinas, seria possível produzir muitas outras semelhantes.
No mesmo ano de 2005, Bauer recebeu dinheiro para implementar sua ideia e falou sobre isso na web. RepRap é um projeto de código aberto: qualquer pessoa na Internet pode modificá-lo e modificá-lo como quiser. O conceito rapidamente se tornou popular. Em 2008 foi liberado O primeiro modelo do RepRap é o Darwin. Parecia uma moldura com fios e fixadores. Ele não era muito bonito, mas bastante funcional: dava para imprimir algumas de suas peças e outros itens, como um porta-telefone para carro.
RepRap não é o único projeto desse tipo. Em 2006, estudantes da Cornell University submetido Impressora 3D de código aberto - Fab@Home. Entre as primeiras coisas que criou com ele estavam uma pulseira de relógio de silicone e uma pequena hélice.
Início de 2010: Desenvolvimento de próteses 3D
Em 2013, o marionetista Ivan Owen criada a primeira mão protética impressa em 3D. Ele começou a experimentar a tecnologia não apenas por curiosidade. Owen foi abordado por uma mulher cujo filho nasceu sem os dedos da mão direita. Naquela época, o menino já tinha cinco anos. A princípio, o artista olhou para materiais familiares como o metal e até criou o primeiro protótipo a partir deles. Mas logo percebi que a criança está crescendo rapidamente, e refazer a mão todo ano é muito trabalhoso. Então Owen começou a procurar impressão 3D, pediu a uma empresa de tecnologia algumas impressoras por uma boa causa e começou a modelar uma mão em um computador. Tudo correu bem - a mão saiu forte e móvel.
Owen não licenciou a invenção. Em vez disso, ele colocou o projeto em domínio público para que outras pessoas pudessem fazer uma prótese para si mesmas.
Final dos anos 2010: Construção de casas impressas
A ideia de que uma grande impressora 3D possibilitaria construir casas mais rapidamente e com menos mão-de-obra do que as ferramentas clássicas, discutido já no final do século XX. Nos anos 2000, eles começaram a desenvolver máquinas e tecnologias adequadas e, nos anos 2010, já surgiram as primeiras casas impressas. Por exemplo, em 2015, a empresa chinesa WinSun construído usando uma impressora de prédio de seis andares. Em 2016 em Dubai apareceu escritório com formato personalizado: a capacidade de criar facilmente projetos personalizados é uma das vantagens da impressão 3D na construção.
Em 2017, os primeiros edifícios residenciais construídos com essa tecnologia surgiram na Rússia - em Estupino E Yaroslavl. E em 2022, pesquisadores da Universidade do Maine em 12 horas criada a primeira casa impressa inteiramente a partir de biomateriais - fibras de madeira e resinas. Uma grande seleção de "tintas" de construção é outra vantagem da impressão 3D. Para esses fins, por exemplo, são utilizados concreto, areia, cinza vulcânica e casca de arroz.
E agora?
Hoje, a impressão 3D é usada ativamente em vários campos. Com sua ajuda, eles criam roupas, instrumentos de pesquisa, implantes e até comida. As capacidades da tecnologia estão sendo exploradas ativamente e tem muitas perspectivas. Sim, cientistas suponhaque no futuro a impressora poderá imprimir diretamente dentro de uma pessoa, substituindo a área danificada de osso ou cartilagem o mais rápido possível. Já existem exemplos de pequenos dispositivos para aplicações in vivo. Para tal aplica-se impressora robótica endoscópica F3DB, criada por engenheiros de Sydney. E se os pesquisadores encontrarem uma maneira de programar órgãos 3D para que se encaixem perfeitamente nos sistemas nervoso e circulatório, sucesso reduzir significativamente a lista de espera para assistência de doadores.