Historia druku 3D – od czego się zaczęło?

Czas czytania: 6 min.

Nie samymi naukami technicznymi człowiek żyje. W Botland kochamy historię i wiemy, jak wiele można z niej wyciągnąć. Zatem dziś przyjrzyjmy się, skąd przybyła dziedzina druku 3D i dlaczego pochłania nas bez reszty od tylu lat. 

Druk 3D starszy niż sądzisz

Na początek szybki przegląd truchtem przez lata. Spokojnie, dalsza część artykułu będzie utrzymana w innym tonie. Pojedziemy przez historię druku 3D wolniej, bo w końcu z okien szybko jadącego pociągu niewiele widać.

Od czasu wynalezienia technologii druku 3D jakieś pięćdziesiąt lat temu – tak, to nie czeski błąd, od pół wieku – jej rozwój postępował w szybkim tempie wywierając znaczący wpływ zarówno na przemysł, jak i na działalność komercyjną. Stereolitografia, selektywne spiekanie laserowe i modelowanie z zastosowaniem osadzania topionego, czyli trochę bardziej zaawansowane technicznie określenia, które mylą się czasem nawet wprawionym hobbystom druku 3D, były jednymi z pierwszych metod wytwarzania przyrostowego, które odniosły sukces.  Początkowo wykorzystywano je do prototypowania przemysłowego. 

Wkrótce technologia druku 3D została opracowana do stosowania w wielu dziedzinach, w produkcji na dużą skalę, w inżynierii bardzo złożonych części, a nawet do użytku osobistego. W służbie naszemu zdrowiu druk 3D ułatwia przeprowadzanie zabiegów dostosowanych do potrzeb pacjenta, w tym planowanie chirurgiczne i projektowanie implantów. Technologia biodruku 3D odgrywa integralną rolę w rozwoju inżynierii tkankowej i badaniach biomedycznych. Druk 3D staje się coraz bardziej zaawansowany i będzie miał w przyszłości ogromny wpływ na opiekę zdrowotną. Ale jeszcze do tego dotrzemy – najpierw wspaniałe lata osiemdziesiąte.

Dawny przemysł

Lata 80-te. Narodziny technologii druku 3D - SLA

Koncepcja druku 3D powstała w latach 70. ubiegłego wieku, ale pierwsze eksperymenty datuje się na rok 1981. Pierwsze próby w druku 3D podjął dr Hideo Kodama z Nagoya Municipal Industrial Research Institute. Jako pierwszy opisał on metodę wytwarzania warstwowego. Tak powstał przodek druku 3D SLA (stereolitografii). Światłoczuła żywica była utwardzana światłem UV. Niestety nie udało mu się złożyć wniosku patentowego przed upływem terminu.

Kilka lat później francuski zespół inżynierów (Alain Le Méhauté, Olivier de Witte i Jean-Claude André) zainteresował się stereolitografią, ale zrezygnował z niej z powodu braku perspektyw biznesowych. Ta próba drukowania 3D również opierała się na procesie stereolitografii.

Charles “Chuck” Hull, który w 1986 r. zgłosił pierwszy patent na stereolitografię (SLA), założył firmę 3D Systems Corporation, a w 1988 r. wypuścił na rynek pierwszy produkt komercyjny. Było to pierwsze urządzenie, które drukowało rzeczywistą, fizyczną część z pliku cyfrowego.

Druga połowa lat 80. Druk 3D FDM/FFF i SLS

Okej, zaczęło się od SLA. Co w takim razie z technologiami SLS (Selective Laser Sintering, z ang. selektywne spiekanie laserowe) i FDM/FFF, Fused Deposition Modeling/Fused Filament Fabrication (z ang. osadzanie metodą druku wtryskowego z filamentów)?

W 1988 r. Carl Deckard z University of Texas zgłosił patent na technologię SLS. Była to kolejna technika druku 3D, w której proszek jest spiekany ze sobą miejscowo za pomocą lasera. W międzyczasie Scott Crump, współzałożyciel firmy Stratasys Inc., zgłosił patent na FDM (Fused Deposition Modelling). W ciągu niespełna dziesięciu lat opatentowano trzy główne technologie stosowane do dziś. Tak powstały solidne podstawy dla tego, co znamy jako współcześnie rozwijany druk 3D.

Dla dociekliwych: w tym czasie w tle toczyło się wiele innych, mniej znanych prób, takich jak Ballistic Particle Manufacturing (BPM) opatentowany przez Williama Mastersa, Laminated Object Manufacturing (LOM) opatentowany przez Michaela Feygina, utwardzanie w stałym podłożu (SGC) opatentowane przez Itzchaka Pomerantza i drukowanie trójwymiarowe (3DP) opatentowane przez Emanuela Sachsa.

Lata dziewięćdziesiąte. Nowi producenci drukarek 3D i narzędzia CAD

Podstawy zostały zbudowane. Ewolucja wytwarzania przyrostowego przebiega dość szybko. Pojawiają się główni producenci drukarek 3D, nowe technologie są doskonalone, a narzędzia do modelowania 3D zaczynają być rozwijane, dzięki czemu wszystko wchodzi na wyższy poziom. W Europie powstaje firma EOS GmbH, która stworzyła pierwszy system EOS “Stereos” do przemysłowego prototypowania i zastosowań produkcyjnych druku 3D. Jego przemysłowa jakość jest dziś uznawana na całym świecie w technologii SLS (technologia selektywnego spiekania laserowego) dla tworzyw sztucznych i metali.

W 1992 r. patent na modelowanie metodą osadzania wtryskowego został wydany wspomnianej już firmie Stratasys, która opracowała wiele drukarek 3D zarówno dla profesjonalistów, jak i osób prywatnych. W latach 1993-1999 w sektorze druku 3D pojawili się główni gracze stosujący różne, nietypowe techniki. Za przykład może posłużyć ZCorp i binder jetting bazujący na technologii druku atramentowego MIT – firma stworzyła urządzenie Z402, które produkowało modele przy użyciu materiałów proszkowych… na bazie skrobi, gipsu oraz płynnego spoiwa na bazie wody.

Jednocześnie pojawiały się nowe narzędzia do projektowania CAD. Prawdziwa eksplozja w połowie lat 80. po zmianie filozofii interfejsu użytkownika, kiedy to zaczęły powstawać rozbudowane systemy graficznej komunikacji. a komputery osobiste mocą obliczeniową zaczęły naprawdę zachwycać. To właśnie ten dynamiczny rozwój komputerów osobistych zainspirował twórców oprogramowania i zaczęły masowo powstawać programy CAD jako narzędzia dla różnych dziedzin twórczości inżynierskiej – skorzystał i druk 3D. Sanders Prototype, obecnie Solidscape, był jednym z pierwszych podmiotów, który opracował specjalne narzędzia projektowe do drukowania 3D.

Lata 2000: Druk 3D wchodzi na czerwony dywan

Miara sukcesu to rozpoznawalność medialna. Można się kłócić o detale, ale tak już jest. W 2000 roku po raz pierwszy wydrukowano nerkę w technologii 3D, ale na jej przeszczep pacjentowi trzeba było poczekać jeszcze 13 lat. Czy ktoś wtedy o tym słyszał, albo więcej: czy ktoś wtedy o tym trąbił? Brzmiało jak zupełne science-fiction. Obecnie, nerki drukowane w 3D działają bez zarzutu.

Rok 2004 był rokiem zainicjowania projektu RepRap, który obejmował stworzenie “samoreplikującej się” drukarki 3D. Tak, chodzi o drukowanie drukarki 3D na drukarce 3D! Ten open-source’owy projekt doprowadził do rozpowszechnienia desktopowych drukarek 3D drukujących w technologii FDM oraz do popularyzacji tej technologii w środowisku twórców. Masy usłyszały o druku 3D. W 2005 r. ZCorp wprowadziło na rynek Spectrum Z510, pierwszą kolorową drukarkę 3D o wysokiej rozdzielczości.

Proteza ręki

Rok 2008 przyniósł drukowaniu 3D jeszcze większy rozgłos medialny. Wtedy to powstała pierwsza proteza kończyny wydrukowana w 3D. Ten niezwykły projekt medyczny obejmował wszystkie części biologicznej kończyny. Obecnie, w połączeniu ze skanowaniem 3D, drukowane w 3D protezy i ortezy medyczne są coraz tańsze i szybsze do uzyskania. Co więcej, protezy te są coraz lepiej zoptymalizowane i dostosowane do morfologii pacjenta. Produkcja addytywna stwarza nowe możliwości w zakresie masowego dostosowania do potrzeb klienta. Ale wybaczcie, zagalopowaliśmy się do współczesnych lat – to przez entuzjazm.

Pierwsza dekada XXI wieku. Innowacje i nadzieje. Druk 3D trafia do domów

Wraz z wygaśnięciem patentu na FDM, pierwsze lata dekady stały się latami druku 3D. Produkcja addytywna stała się realną i przystępną cenowo techniką prototypowania i produkcji dla przedsiębiorstw ale i nie tylko. Rozpowszechniły się drukarki 3D do użytku domowego, co poskutkowało tym, że dziś można mieć swoje urządzenie na biurku nawet za około 1000 zł. W 2013 roku prezydent USA Barack Obama w swoim orędziu o stanie państwa wymienił druk 3D jako jedno z najważniejszych zagadnień przyszłości, co sprawiło, że “druk 3D” stał się absolutnym buzzwordem – wiecie, takie modne hasełko, które co rusz pada w jakichś rozmowach, aż zacznie być irytujące. Naszym zdaniem to całkiem niezła rekomendacja.

Obecnie druk 3D jest już obecny w świadomości ogółu społeczeństwa, a nawet w decyzjach politycznych. Technologia stale się rozwija, rozwijają się również jej zastosowania. Coraz więcej małych i dużych firm korzysta z niskich cen prototypowania, jakie oferuje druk 3D, i w pełni włączyło go do procesów produkcji. Niewykluczone, że reklama modelu butów, jaką widzieliście ostatnio na wystawie w centrum handlowym, powstała na drukarce 3D. A w 2010 roku powstał Urbee – pierwszy samochód wydrukowany w 3D.

Nowoczesność ostatniej dekady. Druk 3D galopuje naprzód

Czy może być lepiej? Może. Witryna Exploding Topics wskazuje na ponad 550 tysięcy miesięcznych wyszukiwań hasła “3D printing” w wyszukiwarce Google. Mówimy dokładnie o tej frazie – a są jeszcze bliźniacze i pochodne. W 2020 roku wskazywano, według uśrednionych szacunków, na aktualną wartość całego rynku druku 3D w granicach 10 mld USD. Szacuje się, że w ciągu dekady ma ona przekroczyć 50 mld USD. Druk 3D pozostaje najszybciej rozwijającą się branżą techniczną pod kątem sprzedaży i zużycia materiałów, a roczny wzrost rynku wynosi – tu również uśrednienie według różnych szacunków – około 45%.

Zaskakuje fantazja nowych filamentów i innych materiałów. Korzystają sektory stawiające na odporne i sztywne materiały lub na profesjonalne elastyczne tworzywa sztuczne. Rośnie liczba materiałów eko i pochodzenia biologicznego, w tym filamenty biodegradowalne i tworzywa zdatne do spożycia przez człowieka. 

Imponujące materiały, które cechuje wysoka odporność termiczna i chemiczna, wielkoformatowe drukarki warte kilkaset tysięcy złotych, a obok nich maleństwa do użytku domowego… cóż, kto nie śledzi rozwoju druku 3D, ten wiele przegapi. Z pewnością jednak najbardziej imponująca jest skala projektów do druku 3D – obecnie druk całych budynków to nic dziwnego. 

Druk 3D - kalendarium

  • 1977 – pierwsze koncepcje druku 3D.
  • 1981 – pomysł zastosowania lasera w druku 3D.
  • 1986 – Chuck Hull opatentowuje SLA. Carl Deckard opatentowuje SLS. 
  • 1989 – Scott Crump opatentowuje FFF/FDM. 
  • 1991 – Helisys tworzy LOM. Wydruk 3D używa rozwijanego papieru, który jest łączony i klejony warstwa po warstwie. 
  • 1993 – wystawa Ars Mathematica we Francji przedstawia zwiedzającym pierwsze rzeźby komputerowe.
  • 1994 – Solidscape tworzy pierwsze, precyzyjne drukarki 3D i obiekty stworzone z programami CAD.
  • 1995 – Z Corporation wprowadza drukarki Z Printers.
  • 1997 – Materialise oferuje składanie zamówień na obiekty wykonane w druku 3D o czasie realizacji do 24 godzin. AeroMat wprowadza drukarkę 3D LAM pracującą na stopach tytanu.
  • 1999 – naukowcy tworzą pierwszy organ z druku 3D. Powstaje z komórek pobranych od pacjenta, co obniża ryzyko odrzucenia przy przeszczepie.
  • 2000 – powstaje maszyna Mammoth Stereolitography do wielkoformatowego druku 3D z płynnymi polimerami i laserem.
  • 2002 – Envisiontec wprowadza szybki druk 3D o wysokiej jakości bez widocznych łączeń na tworzywie.
  • 2003 – pojawienie się EBM (Electron Beam Melting), czyli łączenie proszku metalu wiązką elektronową.
  • 2005 – pierwsze domowe drukarki 3D dzięki RepRap.
  • 2006 – pierwsza drukarka 3D DIY, dzięki której druk 3D staje się “low-cost” i “hackable”. Drukarka 3D EOSINt M270 drukuje z kobaltem i stalą nierdzewną. 
  • 2008 – nowa matryca do drukowania z papieru w 3D (Helisys LOM). RepRap tworzy Darwin – pierwszy hardware open-source do druku 3D. Pierwsza proteza kolana i stopy. Thingiverse uruchamia repozytorium do dzielenia się plikami 3D pod licencją Creative Commons.
  • 2010 – pierwszy patent na druk 3D z porcelany.
  • 2011 – wygasa patent na FDM/FFF. Sukienka z druku 3D trafia na listę “One of 50 Best Inventions” magazynu TIME. Pierwszy samolot z druku 3D powstaje w ciągu 7 dni.
  • 2012 – pierwszy obiekt z jadalnej czekolady, szczęka i broń palna z druku 3D. Nike wprowadza druk 3D do produkcji elementów obuwia.
  • 2013 – przyrząd do otwierania płuc stworzony w druku 3D ratuje życie niemowlęcia. 
  • 2015 – w Toronto powstaje 3DXL, połączenie druku 3D, robotyki i architektury.
  • 2017 – Ferrari zapowiada wykorzystanie druku 3D do ulepszania silników bolidów F1. 
  • 2019, 2020, 2021 – Botland Blog rozwija dział Druk 3D, w którym znajdziecie więcej fantastycznych ciekawostek.

Jak oceniasz ten wpis blogowy?

Kliknij gwiazdkę, aby go ocenić!

Średnia ocena: 5 / 5. Liczba głosów: 7

Jak dotąd brak głosów! Bądź pierwszą osobą, która oceni ten wpis.

Podziel się:

Anna Wieczorek

Anna Wieczorek

Kobieta w męskim świecie robotów. Związana z Botlandem "właściwie od zawsze". Estetka, której wszędzie pełno. Wierzy, że na sen przyjdzie jeszcze czas. Po pracy entuzjastka kultury i kuchni hiszpańskiej.

Zobacz więcej:

Szóste urodziny Snapmakera
Maciej Figiel

Szóste urodziny Snapmakera

Latka lecą, a Snapmaker obchodzi już szóste urodziny! Z tej okazji na jego imprezie urodzinowej czeka nas coś specjalnego. Zobaczcie co takiego ma dla nas solenizant.

Maciej Figiel

Nowości w Botland #50

Mamy to! Okrągłe 50 przeglądów nowości na Blogu. Co nowego przyniosła nam piąta już dziesiątka tego cyklu? Zapraszamy na przegląd nowości w Botland!

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.