Možno ste už počuli o 3D tlači, ktorá je ohlasovaná ako budúcnosť výroby. A so spôsobom, akým sa technológia rozvíja a komerčne rozširuje, sa môže veľmi dobre vykompenzovať humbuk, ktorý ju obklopuje. Čo je to 3D tlač? A kto prišiel s tým?
Najlepší príklad na popis spôsobu fungovania 3D tlače pochádza z televízneho seriálu Star Trek: Nová generácia. V tomto fiktívnom futuristickom vesmíre používa posádka na palube kozmickej lode malé zariadenie, ktoré sa nazýva replikátor, aby vytvorilo prakticky čokoľvek, od všetkého, od potravín a nápojov až po hračky. Teraz, keď sú oba schopné vykresliť trojrozmerné objekty, 3D tlač nie je takmer tak sofistikovaná. Zatiaľ čo replikátor manipuluje so subatomárnymi časticami tak, aby produkoval čokoľvek, čo si príde na myseľ, 3D tlačiarne „tlačia“ materiály v nasledujúcich vrstvách, aby vytvorili predmet.
Skorý vývoj
Historicky sa vývoj technológie začal na začiatku osemdesiatych rokov minulého storočia, dokonca pred predchádzajúcim televíznym programom. V roku 1981 bol Hideo Kodama z Nagoya Mestského priemyselného výskumného ústavu prvý, kto vydal správu o tom, ako materiály, ktoré sa nazývajú fotopolyméry, ktoré stvrdnuté pri vystavení ultrafialovému žiareniu, sa môžu použiť na rýchlu výrobu pevných látok prototypy. Aj keď jeho papier položil základy pre 3D tlač, nebol prvým, kto skutočne vytvoril 3D tlačiareň.
Táto prestížna česť patrí inžinierovi Chuck Hull, ktorý navrhol a vytvoril prvú 3D tlačiareň v roku 1984. Pracoval pre spoločnosť, ktorá používala UV lampy na výrobu tvrdých a odolných povlakov pre stoly, keď narazil na myšlienku využiť ultrafialovú technológiu na výrobu malých prototypov. Našťastie mal Hull laboratórium, ktoré sa hádalo s jeho nápadom celé mesiace.
Kľúčom k tomu, aby takáto tlačiareň fungovala, boli fotopolyméry, ktoré zostali v tekutom stave, kým na ne nereagovali ultrafialové svetlo. Systém, ktorý by sa Hull napokon vyvinul, známy ako stereolitografia, použil lúč UV svetla na načrtnutie tvaru predmetu z kade tekutého fotopolyméru. Keď svetelný lúč vytvrdzoval každú vrstvu pozdĺž povrchu, plošina by sa pohybovala nadol, takže ďalšia vrstva môže byť vytvrdená.
V roku 1984 podal patent na túto technológiu, ale to bolo tri týždne po tom, čo tím francúzskych vynálezcov Alain Le Méhauté, Olivier de Witte a Jean Claude André podali patent na podobný postup. Ich zamestnávatelia však upustili od úsilia o ďalší rozvoj technológie z dôvodu „nedostatku perspektívy podnikania“. To umožnilo spoločnosti Hull autorské práva termín „stereolitografia“. Jeho patent s názvom „Prístroje na výrobu trojrozmerných predmetov stereolitografiou“ bol vydaný 11. marca 1986. V tom roku vytvoril Hull 3D systémy aj vo Valencii v Kalifornii, aby mohol komerčne začať rýchlo vyrábať prototypy.
Expanzia do rôznych materiálov a techník
Zatiaľ čo patent spoločnosti Hull pokrýval mnoho aspektov 3D tlače vrátane softvéru na navrhovanie a prevádzku, techniky a rôzne materiály, iní vynálezcovia by stavali na koncepcii s odlišnými prístupy. V roku 1989, a patent bola udelená postgraduálnemu študentovi univerzity Carl Texasu, ktorý vyvinul metódu nazývanú selektívne laserové spekanie. S SLS, a laserový lúč sa použil na zvyčajné viazanie práškových materiálov, ako je kov, na vytvorenie vrstvy predmetu. Čerstvý prášok sa pridá na povrch po každej nasledujúcej vrstve. Na výrobu kovových predmetov sa používajú aj ďalšie variácie, ako napríklad priame kovové spekanie kovu a selektívne tavenie laserom.
Najpopulárnejšia a najznámejšia forma 3D tlače sa nazýva fúzované modelovanie depozície. FDP, vyvinutý vynálezcom S. Scott Crump kladie materiál vo vrstvách priamo na plošinu. Materiál, obvykle živica, sa dávkuje cez kovový drôt a po uvoľnení cez dýzu okamžite tuhne. Tento nápad prišiel do Crump v roku 1988, keď sa snažil urobiť pre svoju dcéru hračkovú žabu vydaním sviečkového vosku cez lepiacu pištoľ.
V roku 1989 Crump patentoval túto technológiu a spolu so svojou manželkou spoluzaložil Stratasys Ltd. vyrábať a predávať 3D tlačiarenské stroje na rýchle prototypovanie alebo komerčnú výrobu. Svoju spoločnosť zverejnili v roku 1994 a do roku 2003 sa FDP stala najpredávanejšou technológiou rýchleho prototypovania.