Ιστορία της 3D εκτύπωσης
Το 1860 ο Γάλλος γλύπτης François Willème (U.S. patent 43822, 1864) ανέπτυξε την ιδέα της φωτογλυπτικής όπου λάμβανε τρισδιάστατες εικόνες ενός αντικειμένου μέσω απεικονίσεων πολλαπλών γωνιών. Θέλοντας να εξοικονομήσει χρόνο και κόστος, τοποθετούσε το θέμα στο κέντρο και χρησιμοποιούσε 24 κάμερες μοιρασμένες σε έναν κύκλο πραγματοποιώντας ταυτόχρονες λήψεις. Στη συνέχεια, τις πρόβαλλε σε μια οθόνη, μία προς μία, δημιουργώντας το 3D αντικείμενο με τη βοήθεια ενός παντογράφου. Το 1892 ένας Αυστριακός αξιωματικός, ο Joseph Blanther πρότεινε την ιδέα της χρήσης της μεθόδου χύτευσης με στρώσεις για τη δημιουργία στρατιωτικών χαρτών. Αποτυπώνοντας τοπογραφικές γραμμές σε μια σειρά από πλάκες κεριού, τις οποίες έκοβε, γυάλιζε και στοίβαζε διαδοχικά στρώμα-στρώμα δημιουργώντας το αρνητικό ενός πλήρους τοπογραφικού χάρτη. Στη συνέχεια τοποθετούσε με πίεση το χαρτί και δημιουργούσε τους τρισδιάστατους (3D) χάρτες (US patent 473901A, 1892).
Η τρισδιάστατη εκτύπωση, όπως την αντιλαμβανόμαστε σήμερα, ξεκίνησε από τα μέσα της δεκαετίας του 1980. Η διαδρομή της περνά από διάφορα χρονικά στάδια όπως:
- 1980-1990: Πρώιμο στάδιο 3D εκτύπωσης.
- 1990-2000: Ανάπτυξη μηχανών και τεχνικών 3D εκτύπωσης.
- 2000-2010: Μείωση του κόστους και διάδοση της 3D εκτύπωσης.
- 2010-Σήμερα: Βιομηχανική ανάπτυξη και ενσωμάτωση της τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Πρώιμο στάδιο 3D εκτύπωσης
Η πρώτη προσέγγιση της τρισδιάστατης εκτύπωσης έγινε τον Μάϊο του 1981 από τον Δρ. Hideo Kodama, ο οποίος δημοσίευσε λεπτομέρειες σχετικά με μια καινοτόμα τεχνική «ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων». Η έρευνά του ήταν η πρώτη που περιέγραφε την προσέγγιση «στρώμα προς στρώμα», που ήταν βασισμένη στη μέθοδο της στερεολιθογραφίας. Το 1984, τρεις Γάλλοι μηχανικοί οι Alain Le Méhauté, Olivier de Witte και Jean Claude André κατέθεσαν ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη διαδικασία της Στερεολιθογραφίας. Την ίδια εποχή ο Charles 'Chuck' Hull καταθέτει το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του, για τη Στερεολιθογραφία, περιλαμβάνοντας νέα χαρακτηριστικά σε σχέση με αυτά των Γάλλων. Τα νέα χαρακτηριστικά ήταν ότι το αρχείο ήταν μορφής STL ενώ το 1986 ίδρυσε την 3D Systems κυκλοφορώντας τον πρώτο 3D εκτυπωτή, τον SLA-1. Το 1988 ο Carl Deckard από το Πανεπιστήμιο του Τέξας, κατέθεσε το δικό του δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μία νέα τεχνολογία, αυτή της επιλεκτικής πυροσυσσωμάτωσης με laser (Selective Laser Sintering (SLS)) όπου ο εκτυπωτής χρησιμοποιεί δέσμη laser για τη σύντηξη κονιοποιημένου υλικού σε στερεές δομές. Το 1989 η Stratasys, της οποίας ένας από τους ιδρυτές της ήταν ο Scott Crump, κατέθεσε το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την τεχνική του Fused Deposition Modeling, ίσως την πιο διαδεδομένη τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης σήμερα.
Εν συντομία
1981: Ταχεία δημιουργία πρωτοτύπων, Hideo Kodama
1984: Οι πρώτες πατέντες για τη στερεολιθογραφία από τους Alain Le Méhauté, Olivier de Witte, Jean Claude André στη Γαλλία και Charles 'Chuck' Hull στις ΗΠΑ
1986: Ο Charles Hull κατασκευάζει τον πρώτο SLA εκτυπωτή
1988: 3D εκτύπωση μέσω laser για τη σύντηξη κονιοποιημένου υλικού (SLS)
1989: Πατέντα για εκτύπωση μέσω Fused Deposition Modeling
Ανάπτυξη μηχανών και τεχνικών 3D εκτύπωσης
Στη δεκαετία που ακολούθησε, η εξέλιξη της προσθετικής κατασκευής είναι ταχύτατη. Εμφανίζονται οι βασικοί κατασκευαστές εκτυπωτών, βελτιώνονται δραστικά οι υπάρχουσες τεχνολογίες και κάνουν την εμφάνισή τους νέες. Στην Ευρώπη, ιδρύεται η EOS GmbH κατασκευάζοντας το πρώτο σύστημά της, το EOS “Stereos” (1990), για βιομηχανικές εφαρμογές πρωτοτύπων και παραγωγής μέσω της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Η βιομηχανική του ποιότητα αναγνωρίζεται παγκοσμίως έως και σήμερα, με τον όρο SLS (Selective Laser Sintering technology) που εφαρμόζεται τόσο για πλαστικά όσο και μεταλλικά υλικά. Η Stratasys κυκλοφορεί (1991) τον πρώτο της εκτυπωτή με βάση την FDM τεχνολογία, ενώ η DTM Inc παρουσιάζει τον πρώτο της εκτυπωτή με τεχνολογία SLS (1992). Στο ΜΙΤ αναπτύσσεται μια νέα τεχνική τρισδιάστατης εκτύπωσης βασισμένη σε εκτυπωτές inkjet. Η ZCorp με βάση αυτή την τεχνολογία κυκλοφορεί τον πρώτο της εκτυπωτή, τον Z Corp Z402 (1995). Ιδρύεται η Solidscape, η οποία δημιούργησε τρισδιάστατους εκτυπωτές με πρώτη ύλη το κερί (wax 3D printers) όπου το Model Maker (1994), καθιέρωσε την εταιρεία, ως την αγαπημένη μεταξύ των κοσμηματοπωλών που μπορούσαν πλέον να εμπορεύονται τρισδιάστατα εκτυπωμένα κοσμήματα. Η Arcam (1997) αναπτύσσει εκτυπωτές μετάλλου όπου αντί για laser χρησιμοποιείται δέσμη ηλεκτρονίων (Electron Beam Melting). Το 1998, στο Ισραήλ ιδρύθηκε η Objet Geometries, η οποία θα εισαγάγει την τεχνολογία 3D εκτύπωσης PolyJet στον κόσμο. Το 1999, καταφέρνουν στο Ινστιτούτο Αναγεννητικής Ιατρικής του Wake Forest να τυπώσουν τρισδιάστατα συνθετικά ικριώματα ανθρώπινης κύστης. Ταυτόχρονα αναπτύσσονται νέα εργαλεία παραμετρικής σχεδίασης (CAD) που επιτρέπουν τη δημιουργία 3D μοντέλων με μεγαλύτερη ευκολία.
Εν συντομία
1990: Η ΕΟS δημιουργεί τον EOS Stereos
1991: Η Stratasys δημιουργεί τον πρώτο της εκτυπωτή
1993: Δημιουργείται η Solidscape
1995: Η Z Corporation φτιάχνει τον πρώτο εκτυπωτή τεχνολογίας inkjet.
1999: Πρώτη κατασκευή συνθετικών ανθρώπινων οργάνων
Μείωση του κόστους και διάδοση της 3D εκτύπωσης
Κατά τη δεκαετία αυτή δημιουργούνται εκτυπωτές ανοικτού κώδικα. Αυτό βοήθησε στην δημιουργία φθηνών εκτυπωτών και κατ’ επέκταση στην ευρύτερη διάδοσή τους. Η ανάπτυξη των εκτυπωτών χαμηλού κόστους βασίστηκε στην ιδέα του Λέκτορα Adrian Bowyer (Bath University) για αυτό-αναπαραγόμενους εκτυπωτές με εργαλεία ανοικτού κώδικα δημιουργώντας το κίνημα RepRap Project. Το αποτέλεσμα ήταν ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής που ονομάζεται RepRap, ο οποίος έγινε έμπνευση για κάθε επιτυχημένο 3D εκτυπωτή χαμηλού κόστους από εκείνο το σημείο και μετά. Ο εκτυπωτής RepRap 3D είναι κατασκευασμένος από πλαστικά μέρη που μπορούν να εκτυπωθούν από τον ίδιο τον εκτυπωτή RepRap. Αυτό σημαίνει ότι οποιοσδήποτε ιδιοκτήτης ενός RepRap μπορεί να εκτυπώσει έναν άλλο τρισδιάστατο εκτυπωτή – ως εκ τούτου «αυτοαναπαραγόμενο» – μαζί με άλλα εξαρτήματα, εργαλεία ή σχέδια. Το 2008 , η κυκλοφορία του 3D εκτυπωτή «Darwin» RepRap ήταν ευρεία.
Η επιτυχία του έργου RepRap ήταν καταλύτης για την άνοδο των εμπορικών τρισδιάστατων εκτυπωτών. Πολλά από τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας που κατατέθηκαν τη δεκαετία του 1980 σχετικά με το FDM έληξαν το 2006. Αυτό προκάλεσε την αύξηση του αριθμού των κατασκευαστών μηχανημάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης στην αγορά. Ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα είναι η Makerbot, η οποία ιδρύθηκε το 2009. Η Makerbot προώθησε την τεχνολογία τόσο σε επαγγελματίες όσο και σε ερασιτέχνες χρήστες ή «κατασκευαστές». Η εταιρεία πούλησε DIY κιτ ανοιχτού κώδικα που επέτρεψαν στους πελάτες να κατασκευάσουν τους δικούς τους τρισδιάστατους εκτυπωτές.
Εν συντομία
2005: RepPap project. Εκτυπωτές ανοικτού κώδικα
2006: Λήξη πατεντών για την τεχνολογία FDM
2008: 1ος φθηνός FDM εκτυπωτής «Darwin» RepRap
2009: MakerBot, DIY κιτ ανοιχτού κώδικα
Βιομηχανική ανάπτυξη τρισδιάστατης εκτύπωσης
Το 2010, δημιουργούνται εταιρείες παροχής υπηρεσιών όπως η Shapeways, η Sculpteo, η i.materialise και αργότερα η 3D Hubs, καθώς η ζήτηση πλέον ήταν «τρομακτική». Το 2011, η Kor Ecologic παρήγαγε το πρώτο τρισδιάστατα εκτυπωμένο αυτοκίνητο (Urbee). Το 2012-2013 συγχωνεύονται οι Stratasys με την Objet ενώ μετέπειτα αγοράζει και την εταιρεία MakerBot ο οποίος παύει να είναι ανοιχτού κώδικα. Το 2014 λήγουν και οι πατέντες για τις τεχνολογίες SLA, SLS ανοίγοντας το δρόμο για την είσοδο νέων κατασκευαστών μειώνοντας περαιτέρω τα κόστη επένδυσης απόκτησης ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή. Την ίδια χρονιά η NASA ανακοινώνει ότι χρησιμοποίησε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή στο διάστημα, δημιουργώντας έτσι το πρώτο 3D εκτυπωμένο αντικείμενο εκτός του πλανήτη Γη. Το 2015 η Carbon3D ανακοινώνει μια νέα καινοτόμα τεχνολογία (CLIP) όπου εκτυπώνει 100 φορές πιο γρήγορα ενώ η Desktop Metal επενδύει στην τεχνολογία του Bound Metal Deposition, που βασίζεται στην τεχνική FDM, όμως χρησιμοποιεί ως πρώτη ύλη ένα νήμα σύνθετου υλικού μετάλλου με κάποιο συνδετικό υλικό (binder). Την ίδια χρονιά η εταιρεία Cellink λανσάρει το πρώτο «βιο-μελάνι». Το 2016, η Ultimaker κυκλοφόρησε τον εκτυπωτή Ultimaker 3, ο οποίος ήταν μια άμεση επιτυχία, κερδίζοντας πολλά βραβεία καλύτερου 3D εκτυπωτή. Το 2018 δημιουργούνται οι πρώτοι φθηνοί εκτυπωτές ρητίνης χαμηλού κόστους ενώ το 2019 δημιουργείται στο Dubai το μεγαλύτερο τρισδιάστατο εκτυπωμένο κτίριο στον κόσμο, από την εταιρεία Apis Cor One-Ups Itself. Την ίδια χρονιά πεθαίνει ο Carl Deckard, σε ηλικία 58 ετών, ο ιδιοφυής εφευρέτης του Selective Laser Sintering. Το 2019 καταμετρήθηκαν περισσότερες από 170 κατασκευαστές εκτυπωτών παγκοσμίως.
Εν συντομία
2010: Δημιουργία των Shapeways, Sculpteo, i.materialise και 3D Hubs
2011: Εκτύπωση του πρώτου αυτοκινήτου
2013: Η NASA εκτυπώνει στο διάστημα
2015: Τεχνολογία CLIP από τη Carbon3D
2018: Φθηνοί εκτυπωτές ρητίνης
2019: Πεθαίνει ο Carl Deckard εφευρέτης του Selective Laser Sintering
