De una taza pequeña a edificios de gran altura: cómo ha cambiado la tecnología de impresión 3D
Miscelánea / / June 13, 2023
Las impresoras 3D aparecieron hace menos de 40 años, pero ya han influido significativamente en varias áreas de la vida. Te contamos cómo se han desarrollado las posibilidades de la impresión 3D y de lo que es capaz hoy en día.
Principios de la década de 1980: primeros experimentos
La primera tecnología de impresión 3D Ofrecido Hideo Kodama japonés en 1981. Es cierto que entonces no se llamaba impresión 3D, sino creación rápida de prototipos. Kodama ideó un dispositivo que funcionaba según el método de la estereolitografía (SLA): un láser irradiaba una resina de fotopolímero, disponiendo un objeto programado en capas. Sin embargo, solo describió la idea, pero no pudo proporcionar las pruebas necesarias para obtener una patente.
Casi al mismo tiempo, comenzó a trabajar en un dispositivo para la creación rápida de prototipos de forma independiente. ingeniero estadounidense Charles Hull y ingenieros franceses Jean-Claude André, Alain le Meho y Olivier de Witt. Se logró el éxito en ambos casos. En 1984, los investigadores solicitaron una patente. Los franceses se adelantaron tres semanas, pero esto no los ayudó: su propuesta se consideró poco prometedora, por lo que no invirtieron en el desarrollo de tecnología. Pero Hull fue un éxito, por lo que se le considera el inventor de la impresión 3D.
La primera pieza impresa de Hull fue una taza pequeña. Le recordó al ingeniero una herramienta para infundir gotas para los ojos, su esposa, un cuenco para la comunión.
En 1986, Hull, junto con socios creado Corporación de sistemas 3D. Un año después, lanzaron la primera impresora 3D de producción masiva, la SLA‑1. La invención atrajo inicialmente a las empresas de automóviles: con la ayuda del dispositivo, imprimieron prototipos de piezas pequeñas, como manijas de puertas.
Mediados de los años 80 y 90: el auge de otros métodos de impresión 3D
A finales del siglo XX, aparecieron varias tecnologías de impresión 3D más. Primero - sinterización selectiva por láser (SLS). Aquí no se utilizan resinas, sino sustancias a granel como "tinta". Autor de tecnología Carl Deckard desarrollado ella como estudiante de maestría en la Universidad de Texas. El profesor Joseph Beeman lo ayudó a crear el dispositivo. El primer objeto impreso por la impresora 3D SLS es un cubo. En 1988, Deckard patentó la invención y fundó Desk Top Manufacturing.
Un año después apareció método de deposición fundida (FDM). La "tinta" en este caso son polímeros termoplásticos en forma de filamento. Se enrollan en una bobina y se colocan dentro del dispositivo. Luego, los polímeros se calientan y se vierten en la forma programada. El autor de dicha impresión 3D es el ingeniero Scott Crump. a la idea de eso incitado experiencia de vida. Crump trabajaba para una empresa que planeaba fabricar un descargador de PCB. Pero las cosas no salieron según lo planeado. La creación de prototipos tomó mucho tiempo, como resultado, la empresa perdió su oportunidad de ingresar al mercado. Entonces el ingeniero decidió buscar una manera de acelerar tales procesos. Empezó a experimentar en la cocina: armado con una pistola de pegamento caliente y geles plásticos semisólidos, hizo una rana de juguete para su hija. En 1989, creó varios modelos del dispositivo, recibió una patente y abrió una empresa para la producción de impresoras 3D Stratasys FDM.
La primera impresora FDM apareció en 1991. ahora es conmás común Tecnología de impresión 3D.
El siguiente método es crecimiento láser directo (LMD). Su se le ocurrió investigadores de Sandia National Laboratories (EE. UU.) en la década de 1990. El metal se utiliza aquí como material de impresión en forma de polvo o hilo de alambre. LMD se utiliza en la industria, por ejemplo, para crear piezas. Bastante grandes también. Por ejemplo, la impresora 3D más grande de Rusia con esta tecnología capaz de fabricar productos con parámetros de 2,2 metros de diámetro y un metro de altura. La instalación se llama "ILIST-2XL", y fue creada en Rosatom.
Finales de los 90 y 2000: el nacimiento de la bioimpresión
Las perspectivas de la impresión 3D en medicina se notaron casi inmediatamente después del advenimiento de la tecnología. El primer experimento en esta área. sostuvo en 1999 por investigadores del Boston Children's Hospital de la Harvard Medical School. Usando una impresora, crearon un andamio de vejiga a partir de colágeno y polímeros. Y luego colocaron manualmente células de donantes de pacientes en él.
La verdadera bioimpresión apareció en 2003. El autor de la tecnología es el bioingeniero estadounidense Thomas Boland. Él reemplazado "tinta" sobre un líquido con células vivas reales, y utilizó un sustrato especial como base para colocarlas. Como resultado, logró imprimir células de bacterias y mamíferos. Patente de tecnología recibió en el año 2006.
En la misma dirección en cero trabajó un grupo de científicos dirigido por el profesor Gabor Forgach. Su tecnología de bioimpresión NovoGen fue la primera en alcanzar el éxito comercial cuando Organova abrió sus puertas en San Diego en 2007 para distribuirla. Dos años después allí liberado una de las primeras bioimpresoras 3D comerciales es la Novogen MMX.
Mediados de la década de 2000: creación de impresoras 3D económicas
Durante mucho tiempo, las impresoras 3D fueron masivas y costosas. Por lo tanto, parecía imposible comprar un dispositivo de este tipo para el hogar. cambiar la situación decidido El profesor británico Adrian Bauer. La universidad en la que trabajaba tenía una impresora 3D de £ 40,000, una de las más baratas en ese momento. Pero Bauer soñaba con hacerlo aún más económico. En 2005, se le ocurrió la idea de RepRap, una impresora 3D compacta que podía crear la mayoría de sus piezas. Teniendo una de esas máquinas, sería posible producir muchas más similares.
En el mismo 2005, Bauer recibió dinero para implementar su idea y habló sobre ella en la Web. RepRap es un proyecto de código abierto: cualquier persona en Internet podría modificarlo y modificarlo a su antojo. El concepto rápidamente se hizo popular. En 2008 fue lanzado El primer modelo de RepRap es el Darwin. Parecía un marco con alambres y sujetadores. No era muy bonito, pero sí bastante funcional: podía imprimir algunas de sus partes y otros artículos, como un soporte para teléfono de automóvil.
RepRap no es el único proyecto de este tipo. En 2006, estudiantes de la Universidad de Cornell enviado Impresora 3D de código abierto - Fab@Home. Entre las primeras cosas que creó con él se encuentran una correa de reloj de silicona y una pequeña hélice.
Principios de la década de 2010: desarrollo de prótesis 3D
En 2013, el titiritero Ivan Owen creado la primera mano protésica impresa en 3D. Comenzó a experimentar con la tecnología no solo por curiosidad. Owen fue abordado por una mujer cuyo hijo nació sin dedos en su mano derecha. En ese momento, el niño ya tenía cinco años. Al principio, el artista buscó materiales familiares como el metal e incluso creó el primer prototipo a partir de ellos. Pero pronto me di cuenta de que el niño está creciendo rápidamente y que rehacer la mano todos los años es demasiado laborioso. Entonces, Owen comenzó a investigar la impresión 3D, le pidió a una empresa de tecnología un par de impresoras por una buena causa y comenzó a modelar una mano en una computadora. Todo salió bien: la mano salió fuerte y móvil.
Owen no autorizó la invención. En cambio, publicó el proyecto en el dominio público para que otras personas pudieran hacer una prótesis por sí mismos.
Finales de la década de 2010: construcción de casas impresas
La idea de que una gran impresora 3D permitiría construir casas más rápido y con menos mano de obra que las herramientas clásicas, discutido ya a finales del siglo XX. En la década de 2000, comenzaron a desarrollar máquinas y tecnologías adecuadas, y en la década de 2010, ya aparecieron las primeras imprentas. Por ejemplo, en 2015, la empresa china WinSun construido utilizando una impresora de edificio de seis pisos. En 2016 en Dubái apareció Oficina con forma personalizada: la capacidad de crear fácilmente diseños personalizados es una de las ventajas de la impresión 3D en la construcción.
En 2017, aparecieron en Rusia los primeros edificios residenciales construidos con esta tecnología, en estúpido Y Yaroslavl. Y en 2022, investigadores de la Universidad de Maine en 12 horas creado la primera casa impresa completamente a partir de biomateriales - fibras de madera y resinas. Una gran selección de "tintas" de construcción es otra ventaja de la impresión 3D. Para estos fines, por ejemplo, se utilizan hormigón, arena, ceniza volcánica y cascarilla de arroz.
¿Ahora que?
Hoy en día, la impresión 3D se utiliza activamente en varios campos. Con su ayuda, crean ropa, instrumentos de investigación, implantes e incluso alimentos. Las capacidades de la tecnología se están explorando activamente y tiene muchas perspectivas. si, cientificos sugerirque en el futuro la impresora podrá imprimir directamente dentro de una persona, reemplazando el área dañada de hueso o cartílago lo más rápido posible. Ya hay ejemplos de pequeños dispositivos para aplicaciones in-vivo. a tal se aplica impresora robótica endoscópica F3DB, creada por ingenieros de Sydney. Y si los investigadores encuentran una manera de programar órganos 3D para que encajen perfectamente en los sistemas nervioso y circulatorio, tener éxito reducir significativamente la lista de espera para la asistencia de los donantes.