imagazin arrow2-left arrow2-right arrow2-top arrow-up arrow-down arrow-left arrow-right cart close dossiers education fb instagram menu notification oander rss rss-footer search service shuffle speech-bubble star store stores tests twitter youtube

Nyílik az iSTYLE adventi naptára

Bomba jó karácsonyi ajánlatok az iSTYLE-tól!

Tárgyalkotás a 21. században – a 3D nyomtatás múltja


A 2010-es évek egyik leglátványosabb technológiája kétségtelenül a 3D nyomtatás, az új ipari forradalom egyik alapköve. De vajon honnan indult és kik találták fel a gyártást végérvényesen megváltoztató eljárást? Történelmi áttekintés következik.

A legtöbb technológia története az ókorban gyökerezik, az eredetmítoszokat sokszor egészen a görögökig, rómaiakig vezethetjük vissza. Háromdimenziós nyomtatásra (pontosabban valami hasonlóra) azonban csak 19. századvégi Franciaországban történt először kísérlet. De ne rohanjunk ennyire előre, kezdjük a fogalom tisztázásával!

Mi is az a 3D nyomtatás?

Nagyon leegyszerűsítve: egy speciális, nyomtatószerű eszköz számítógépes tervrajz alapján valamilyen, erre a célra alkalmas anyagból térbeli tárgyat hoz létre. Kicsit bonyolultabbá, ellenben sokkal használhatóbbá teszi az eljárást, ha ugyanez az eszköz szkennelésre is képes. Ekkor ugyanis a „lemásolandó“ objektumról nem emberi erővel kell tervrajzot készíteni, hanem a gép maga végzi el a 3D modellezést, majd rögtön a nyomtatást is.

Kicsit hosszabban: valamilyen számítógépes tervező (CAD) vagy 3D animációs programmal egy meglévő tárgyról, személyről először digitális modellt készítenek, amelyet rögtön valamilyen adatformátumra (általában STL-re) alakítanak át. A gép ezután beolvassa az adatokat, majd metszetekből építkezve, különféle anyagokból sorban egymásra illeszkedő rétegeket hoz létre, amelyeket vagy egymáshoz köt, vagy maguktól összetapadnak. Utolsó lépésként az utómunkálatnál (ún. készre-dolgozásnál) eltávolítják a támasztóanyagokat és a felesleges pluszt a nyomatról. A nyomtatási idő technológia-, gép- és persze modellfüggő, néhány perctől akár órákig is eltarthat.

A munkafolyamathoz kerámiákat, polimereket, fémeket, de akár kompozit (társított) anyagokat is használnak. Egyelőre azonban a PVC (szintetikus polimer) a legelterjedtebb. Szerencsére azonban a nyomtatási eljárások és paraméterek mellett a nyomtatásra alkalmas anyagok köre is folyton bővül. Bár a hagyományos módszerek (például fröccsöntés) tömeggyártásra még mindig olcsóbbnak mondhatók, prototípusok vagy kis szériák esetén a 3D nyomtatás nemcsak gazdaságosabb, de gyorsabb is lehet.

Eredet

Magát a kifejezést a Massachusetts Institute of Technology (MIT) két doktorandusza, Jim Bredt és Tim Anderson használta először még 1993-ban. De nem csak az elnevezés tartozik a nevükhöz: átalakítottak egy tintasugaras nyomtatót, amely nem tintát fecskendezett a papírra, hanem anyagrétegeket olvasztott egymásra, hogy azokból térbeli objektumok alakuljanak ki.

Magát a technológiát viszont nem ők találták fel. Talán nem meglepő, de a felfedezésnek köze van az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának is, pontosabban a konteóhívő körökben is gyakran emlegetett Fejlett Védelmi Kutatási Projektek Ügynökségnek, ismertebb nevén a DARPA-nak. Az ügynökség égisze alatt R. F. Housholder szabadalmaztatott egy térbeli nyomtatásra alkalmas rendszert még 1979-ben, a fejlesztésből végül azonban semmi nem lett.

A kutatások ellenben feltarthatatlanul megindultak. 1981-ben a japán Hideo Kodama kidolgozott két, hőre lágyuló polimerekre alapuló 3D nyomtatótechnológiát. Szintén még az évtized kezdetén ötvennél is több szabadalommal szállt be a közösbe a dél-karolinai Bill Masters is. Említésre méltó még Carl Deckard, a Texasi Egyetem (Austin) doktorandusza, aki szintén a DARPA támogatásával kifejlesztett és szabadalmaztatott egy eszközt, amely már prototípusokat, valódi tárgyakat nyomtatott. Deckard céget is alapított hozzá, árulkodó Desk Top Manufacturing néven (a desktopot akkor még külön is írták, az „asztali gyártás” pedig a jövőt vetítette előre).

A technológia atyjaként azonban se nem Deckard-t, se nem Masterst, hanem az 1939-es születésű Charles (Chuck) W. Hullt tartják számon a történészek. 1984-ben szabadalmaztatta az egyik legfontosabb 3DP módszert, a fényérzékeny anyagból rétegről rétegre történő eljárással létrejövő, UV-lézerrel digitális adatból kézzelfogható háromdimenziós tárgyat alkotó sztereolitográfiát. Két évvel később megalapította a szakterület ma is egyik vezető cégének számító dél-kaliforniai 3D Systemst, és elkezdték a kereskedelmi célú gyors prototípuskészítést.

2014-ben a 60-nál több szabadalmat jegyző Hullt egyébként beválasztották az amerikai Nemzeti Feltalálók Dicsőségcsarnokába is. (A történelmi hűség kedvéért megemlítendő: a sztereolitográfiát Hull előtt néhány héttel három francia mérnök is igyekezett szabadalmaztatni, de találmányukat az országos elektromos művek „üzleti jövő hiányában” nem támogatta.)

A jelenlegi legelterjedtebb megoldást, az asztali gépek túlnyomó többsége által használt szálhúzásos nyomtatást (FDM) S. Scott Crump dolgozta ki 1988-ban, az első ilyen printer 1992-ben került kereskedelmi forgalomba. A gépet Crump cége, a terület másik nagyágyújának számító Stratasys forgalmazta. Az eljárás lényege, hogy a feltekercselt hőre lágyuló műanyaghuzalt a printer megolvasztja, és az anyag a nyomtatótálcán rögtön megszilárdul.

De itt nem állt meg a történet! A kilencvenes években sorra dolgozták ki az újabb eljárásokat, cégek alakultak, egyesek már fémekkel is kísérleteztek. A 3DP gyűjtőkategóriába sorolható technológiák lassan kezdtek beérni, és közben leraktak a sejtek, szövetek, csontok stb. előállítására alkalmas, de még ma is gyerekcipőben járó 3D bionyomtatás alapjait is. Ezekről az eredményekről azonban akadémiai és a szakmai közegen kívül akkor még szinte senki nem tudott.

Összegezve láthatjuk tehát, hogy az 80-as, 90-es évek nagy újítói lerakták az alapokat és megteremtették a technológiát. Ugyanakkor szabadalmaikkal egyben le is lassították széles körű elterjedését. Nem véletlen, hogy a nagy robbanás a régi szabadalmak lejártakor, a 2010-es évek első felében kezdődött, és addigra az igen nagyméretű, drága gépek, legalábbis az asztaliak összezsugorodtak, olcsóbbak lettek. De erről majd később részletesebben…

Felpörgés

Kevés kezdeményezés gyakorolt akkora hatást a 3DP fejlődésére, mint az akkor indult (az angliai Bath Egyetemen oktató Adrian Bowyer által alapított) RepRap projekt. Maga a RepRap kifejezés is sokat elárul: a Rplicating Rapid Prototyper szavak összevonása. Ez a legtöbb alkatrészét kinyomtató, önmagát Neumann János sejtautomata elképzeléséhez hasonlóan lemásoló nyomtatókra vonatkozik.

Az első ilyen, úgynevezett Darwin, 2008-ban készült el. A projekt – ami a nyílt forráskód, nyílt design törekvések zászlóshajójának számít a 3D nyomtatásban – döntő mértékben hozzájárult a technológia demokratizálódásához, népszerűsítéséhez, az áreséshez, és ahhoz, hogy átlagfogyasztók is könnyebben hozzáférhessenek. A 3DP többek közt a RepRap által vált azzá, aminek ismerjük, ez a mozgalom alapozta meg a mai „csináld magad” törekvéseket legjobban kifejező, „tudós és techzseni barkácsolók” fémjelezte maker-kultúrát.

2008-ban megalakult az első online együttműködő szolgáltatás és modell-tárház, a 3D terveket olcsón fizikai tárgyakká alakító, főként művészek, építészek és designerek által használt Shapeways. Ugyanebben az évben készült el az első nyomtatott műláb. Személyre szabták, egyedire alakították ki, amely a 3DP-t már a kezdetektől megkülönböztette a tömegtermeléstől.

2009-ben az akkor még nyílt forrású 3DP hardverekkel foglalkozó MakerBot elkezdte árusítani csináld magad fejlesztőcsomagját, amellyel a vásárlók saját gépeket, a gépeken pedig saját termékeket állíthattak elő. Szintén 2009-ben a bionyomtatás úttörő Organovo elkészítette az első véredény-nyomatot.

A 2010-es évek kapujára tehát már számtalan technológia, számtalan elképzelés és technológia állt a világ rendelkezésre. Az egykor építő, addigra már viszont inkább korlátozó szabadalmak kezdtek lejárni, az eszközök pedig már nem csak a kutatólaboratóriumok kiváltságának számítottak. Minden adott volt tehát hozzá, hogy kirobbanjon a 3D nyomtatás forradalma…

Forrás: FreeDee Blog, 3D Printing Industry, 3Ders.org, 3DPrint.com

Ezt már olvastad?

A Sirinek ez is az egyik baja, hogy mindenki a célközönség. Valószínűleg hatékonyabb lenne, ha először jól működő modulokat hoznának létre egy-egy funkcióra szabva.

Miért nem ismeri anyanyelvünket az Apple virtuális asszisztense? - Klikk ide!