3D tisk: Jedna z nejrevolučnějších nanufacturing Technologies 21. století

Když jste poprvé slyšeli slova „3D tisk“, představovali jste si super futuristickou technologii, která se často objevuje ve sci-fi filmech? Nicméně věřte nebo ne, 3D tisk existuje již téměř 40 let.

Trojrozměrný (3D) tisk je aditivní výrobní proces, který vytváří fyzický objekt z digitálního návrhu. Proces funguje tak, že se pokládají tenké vrstvy materiálu ve formě tekutého nebo práškového plastu, kovu nebo cementu a pak se vrstvy spojí dohromady.

Zde je rychlá časová osa 3D tisku od 40. let 20. století do současnosti.

40. léta: Koncepce

Ve skutečnosti existuje koncept 3D tisku již od roku 1945 – Murray Leinster tento termín vysvětlil ve své povídce Things Pass By z roku 1945: „Tento konstruktér je ale výkonný a flexibilní. Do tohoto pohyblivého ramene vkládám magnetronické plasty – látky, ze kterých dnes vyrábějí domy a lodě. Kreslí ve vzduchu podle kreseb, které naskenuje fotobuňkami. Ale plast vychází z konce tažného ramene a tvrdne, jak přichází... pouze podle výkresů.“

80. léta: Narození

První zdokumentované iterace 3D tisku lze vysledovat až do počátku 80. let 20. století v Japonsku. V roce 1981 zveřejnil Dr. Hideo Kodama z Městského průmyslového výzkumného ústavu Nagoya podrobnosti týkající se techniky „rychlého prototypování“. Tento výzkum byl prvním dílem literatury, která popsala přístup vrstva po vrstvě, který je tak vlastní 3D tisku. Jeho výzkum zahrnoval tisk fotopolymerů metodou, která předcházela stereolitografii, a hovořil také o řezech vrstev, které ležely na sobě a vytvořily 3D objekt. Dr. Kodama však nesplnil přihlášku patentu před uplynutím lhůty a nikdy mu patent nebyl udělen.

O několik let později se trio francouzských inženýrů Alain Le Méhauté, Olivier de Witte a Jean Claude Andréwas snažilo vytvořit stroj pro rychlé prototypování. Místo pryskyřice se snažili vytvořit systém, který by pomocí laseru vytvrzoval kapalné monomery na pevné látky. Podali patent na stereolitografický proces, ale opustili ho kvůli nedostatku obchodní perspektivy.

Byl to Chuck Hull, kdo skutečně postavil první 3D tiskárnu. V roce 1986 předložil první patent na stereolitografii (SLA), založil společnost 3D Systems Corporation a v roce 1988 vydal SLA-1, jejich první komerční produkt. Tento stroj umožnil výrobu složitých dílů, vrstvu po vrstvě, za zlomek času, který by normálně zabral. Hull dále podal více než 60 patentů týkajících se této technologie, stal se kmotrem rychlého prototypování a vynalezl souborový formát STL, který se používá dodnes.

SLA nebyl jediný aditivní výrobní proces, který byl v této době zkoumán. V roce 1988 Carl Deckard na University of Texas přinesl patent na technologii SLS, další 3D tiskovou techniku, při které se prášková zrna lokálně spojují laserem. Mezitím si Scott Crump nechal patentovat Fused Deposition Modeling (FDM). Metoda zahrnovala roztavení polymerního vlákna a jeho uložení na substrát, vrstvu po vrstvě, za účelem vytvoření 3D objektu.

90. léta 20. století: Růst

V 90. letech 20. století se mnoho společností a startupů začalo objevovat a experimentovat s různými technologiemi aditivní výroby. Během této doby byly stroje velmi odlišné od těch, které používáme nyní. Bylo obtížné je používat, byly drahé a mnoho finálních výtisků vyžadovalo mnoho následného zpracování.

V roce 2004 založil Dr. Adrian Bowyer, docent v oboru strojního inženýrství na University of Bath ve Spojeném království, projekt RepRap. Jednalo se o open-source projekt, jehož cílem bylo vybudovat 3D tiskárnu, která dokáže tisknout většinu vlastních částí. Smyslem bylo demokratizovat 3D tisk zpřístupněním technologie lidem po celém světě.

Rok 2009 byl rokem, kdy se patenty FDM dostaly do veřejné sféry, čímž se otevřela cesta k široké vlně inovací v oblasti FDM 3D tiskáren, poklesu ceny stolních 3D tiskáren a následně, protože byla technologie dostupnější, k nárůstu viditelnost.

3D tisk nyní: Prime

Dnes začaly klesat ceny 3D tiskáren a zpřístupnily je tak široké veřejnosti. Spolu se snižováním cen rostla i kvalita a snadnost tisku.

3D tisk se používá v různých oblastech. Vědci z University of Southampton pilotovali první bezpilotní letadlo na světě vytištěné na 3D; tvůrci 3D-tištěného vozu dosáhli s hybridním plynovým/elektrickým motorem až 200 mpg; a start-up specializující se na budování ekologických živých struktur přišli s robotem vyrobeným biotopem vhodným pro život na Marsu.

Průlomy ve 3D tisku se dějí rychleji než kdykoli předtím. Jeho obrovský dopad a velký potenciál mění náš život.