Možná jste slyšeli o 3D tisku, který je ohlašován jako budoucnost výroby. A s tím, jak technologie pokročila a komerčně se rozšířila, může velmi dobře vydělat na humbuk, který ji obklopuje. Co je tedy 3D tisk? A kdo přišel s tím?
Nejlepší příklad pro popis fungování 3D tisku pochází z televizního seriálu Star Trek: Další generace. V tomto smyšleném futuristickém vesmíru používá posádka na palubě kosmické lodi malé zařízení zvané replikátor, aby vytvořila prakticky cokoli, jako cokoli od jídla a pití po hračky. Nyní, když jsou oba schopny vykreslit trojrozměrné objekty, 3D tisk není zdaleka tak sofistikovaný. Zatímco replikátor manipuluje se subatomickými částicemi tak, aby produkoval cokoli malého předmětu, který přichází na mysl, 3D tiskárny „tisknou“ materiály v následných vrstvách, aby vytvořily předmět.
Raný vývoj
Historicky vzato, vývoj technologie začal na počátku osmdesátých let, dokonce předcházel výše uvedené televizní show. V roce 1981 Hideo Kodama z Nagoya Municipal Industrial Research Institute jako první zveřejnila zprávu o tom, jak materiály, které se nazývají fotopolymery, které ztvrdly při vystavení ultrafialovému světlu, lze použít k rychlé výrobě pevné látky prototypy. Přestože jeho papír položil základy pro 3D tisk, nebyl první, kdo skutečně vytvořil 3D tiskárnu.
Tato prestižní čest patří inženýrovi Chuck Hull, který navrhl a vytvořil první 3D tiskárnu v roce 1984. Pracoval pro společnost, která pomocí UV lamp vyráběla tvrdé a odolné povlaky na stolech, když narazil na myšlenku využít ultrafialové technologie k výrobě malých prototypů. Naštěstí měl Hull laboratoř, která se držela jeho nápadu celé měsíce.
Klíčem k tomu, aby takováto tiskárna fungovala, byly fotopolymery, které zůstaly v kapalném stavu, dokud na to nezareagovaly ultrafialové světlo. Systém, který by se Hull nakonec vyvinul, známý jako stereolitografie, použil paprsek UV světla k načrtnutí tvaru předmětu z kádě tekutého fotopolymeru. Jak světelný paprsek vytvrzoval každou vrstvu podél povrchu, plošina by se pohybovala dolů, takže další vrstva může být vytvrzena.
V roce 1984 podal patent na tuto technologii, ale tři týdny poté, co tým francouzských vynálezců, Alain Le Méhauté, Olivier de Witte a Jean Claude André, podal patent na podobný postup. Jejich zaměstnavatelé však opustili úsilí o další vývoj technologie z důvodu „nedostatku obchodní perspektivy“. Toto dovolilo Hullovi chránit autorská práva termín „Stereolithography“. Jeho patent s názvem „Přístroje pro výrobu trojrozměrných předmětů pomocí stereolitografie“ byl vydán 11. března 1986. V tomto roce vytvořil Hull také 3D systémy ve Valencii v Kalifornii, aby mohl komerčně začít rychle vyrábět prototypy.
Rozšíření na různé materiály a techniky
Zatímco Hullův patent pokrýval mnoho aspektů 3D tisku, včetně návrhového a provozního softwaru, techniky a různé materiály, jiní vynálezci by stavěli na konceptu s odlišnými přístupy. V roce 1989, patent byl oceněn postgraduálním studentem University of Texas Carl Deckard, který vyvinul metodu nazývanou selektivní laserové slinování. S SLS, laserový paprsek byl použit k zakázkové vázání práškových materiálů, jako je kov, k vytvoření vrstvy předmětu. Čerstvý prášek by byl přidán na povrch po každé následující vrstvě. K tvorbě kovových předmětů se používají i jiné varianty, jako je přímé kovové laserové slinování a selektivní laserové tavení.
Nejoblíbenější a nejznámější forma 3D tisku se nazývá fúzované modelování depozice. FDP, vyvinutý vynálezcem S. Scott Crump položí materiál ve vrstvách přímo na plošinu. Materiál, obvykle pryskyřice, je dávkován kovovým drátem a jakmile je uvolněn tryskou, okamžitě ztvrdne. Myšlenka přišla do Crump v roce 1988, když se snažil pro svou dceru vytvořit žabku hračkou tím, že uvolnil svíčkový vosk přes lepicí pistoli.
V roce 1989 Crump patentoval technologii a spolu se svou manželkou spoluzakládal Stratasys Ltd. vyrábět a prodávat 3D tiskové stroje pro rychlé prototypování nebo komerční výrobu. Svou společnost zveřejnili v roce 1994 a do roku 2003 se FDP stala nejprodávanější technologií rychlého prototypování.