Historia om 3D-skrivare och hur de fungerar

Nu är det välbekanta ordet "skrivare" översatt från engelska som en utskriftsenhet. Nu är det sällsynt att hitta en person som aldrig har sett en vanlig skrivare med vilken du kan få vilket text- eller grafiskt pappersdokument som helst.

Historien om skrivarens utseende i nuvarande mening började under förra seklet – den första svartvita skrivaren dök upp 1953, och 1976 dök den första färgbläckstråleskrivaren från IBM upp. Idag finns en mängd olika skrivare inte bara på kontor och organisationer, utan också i skolor och i nästan alla hem. När allt kommer omkring har den moderna processen med arbete och lärande blivit otänkbar utan denna enhet.

Men på senare år har det dykt upp en helt ny enhet som inte bara kan skriva ut vilken bild som helst på ett papper. Vi pratar om uppfinningen av en 3d-skrivare, med vilken du redan kan skapa tredimensionella delar, produkter eller modeller.

Historia om 3D-skrivaren

Historien om 3d-skrivare är överraskande ganska lång, och forskare från många länder i världen arbetade med skapandet av denna enhet och bidrog gradvis till utvecklingen av tredimensionell teknik.

• 1986 uppfann amerikanen Chuck Hull principen för tredimensionell utskrift, som användes i en stereolitografisk uppställning.
• 1988 hittade en annan amerikan, Scott Crump, ett helt annat tillvägagångssätt för implementeringen av tredimensionell utskrift – formning genom nedbrytning av ett smältbart material (FDM). Idag arbetar alla tredimensionella skrivare som kan tillverka produkter i begränsad skala enligt denna princip.
• Även om arbetet med att skapa tredimensionella skrivare började på åttiotalet av förra seklet, dök själva termen "tredimensionell utskrift" upp först 1995 i djupet av Massachusetts Institute of Technology. Och redan nästa år kallade 3D Systems sin första modell för Actua 2100 för en 3D-skrivare. En 3D-skrivare har en sådan skapelsehistoria, kort sagt.

De första tredimensionella utskriftsmodellerna var mycket långsamma, och ett försök att öka hastigheten på deras arbete ledde undantagslöst till fel i produkterna. Tredimensionella skrivare med tillräckligt hög kvalitet på produkter dök upp först 2005. 2008 dök Reprap-modellen upp, hälften kapabel att återskapa sig själv, eftersom den kunde göra hälften av sina delar.

3d-utskriftsteknik

Tredimensionell utskrift kan använda olika tekniker och förbrukningsmaterial, men i alla fall fungerar det genom sekventiell uppbyggnad av lager av ett tredimensionellt objekt. Olika tekniker kan användas för att skapa lager.

Laserstereolitografi, där en ultraviolett laser lyser upp ytan på en flytande fotopolymer punkt för punkt. I en annan variant utförs belysning med en ultraviolett lampa genom att en fotomask ändras med ett nytt lager. Den flytande polymeren härdar sedan och blir en ganska hållbar plast.

• Laserfusion används för lager av plast eller metallpulver.
• Laminering – här utförs också skiktningen av materialet, alla skikt limmas ihop och sektioner skärs ut med en laser i varje skikt och bildar en sektion av det framtida objektet.
• Jettekniken ger stelning av kylmaterialet: dispenseringsmunstycket kastar uppvärmda droppar av termoplast på den kylda basplattformen. Där stelnar de omedelbart, klibbar ihop med grannarna och bildar ett lager av delen som görs.

• Att binda ett pulveriserat material liknar något som att sintra ett pulver med en laserstråle, men pulvret här kan vara mald cellulosa, som inte smälter, så ett flytande lim eller lösningsmedel används för att limma det, som matas från ett miniatyrmunstycke. Med denna metod kan du ge delen önskad färg om du använder flerfärgade färgämnen. Det finns till och med modeller av tredimensionella skrivare som använder huvuden från konventionella bläckstråleskrivare.
• Tjocka keramiska blandningar kan också användas som självhärdande material. Sådana material är efterfrågade för 3D-utskrift av stora arkitektoniska modeller.
• Den senaste bedriften är bioprinters. Än så länge är det bara experimentanläggningar som bildar den tredimensionella strukturen hos ett organ för transplantation. De använder lösningar som innehåller levande celler. Celler växer sedan, delar sig och specialiserar sig för att bilda organets slutliga form.

Råvaror för 3D-skrivare

Alla volymetriska skrivare fram till 2008 kunde bara använda en typ av plast – ABC, som var den bästa "förbrukningsvaran" för tredimensionell utskrift. Object Geometries Ltd släppte den första modellen "Connex500", som kunde använda flera typer av material samtidigt. Nu har listan över sådana material överstigit hundra. Bland dem finns följande:

• cellulosa;
• hydrogel;
• betong;
• akryl;
• vatten;
• gips;
• nylon;
• metallpulver;
• polylaktid;
• polykaprolakton;
• lågtryckspolyeten;
• polypropen;
• choklad.

Det speciella med tredimensionella skrivares arbete är att alla resulterande objekt endast kan vara solid state, eftersom de appliceras lager för lager. På en konventionell skrivare kan du bara göra ett pappersdokument, och på en tredimensionell skrivare kan du "skriva ut" en barnleksak, tyg som lämpar sig för sömnad, plastredskap, till och med implantat för medicinska ändamål eller en bil. Volumetriska skrivare av den nya generationen har mycket stora möjligheter.

Video om historien om 3d-skrivare

3D-skrivares fantastiska möjligheter

Tredimensionella skrivare blir gradvis användbara och nödvändiga enheter i våra liv, och deras användningsområden expanderar mer och mer. Så små tredimensionella skrivare kan göra hushållsartiklar, såsom tallrikar, leksaker, smycken och till och med möbler.

• 2010 demonstrerade kanadensaren Jim Kor en personbil vars kaross var helt tillverkad på en tredimensionell skrivare, vilket tog 2 500 timmars arbete. Skaparna av den unika bilen gick till och med samman för att ta sig från New York till San Francisco på ett par dagar, med endast 38 liter biobränsle.
• 2010, Organovo Inc. meddelade att man skapat en tredimensionell teknologi för tillverkning av konstgjorda blodkärl. Tidigare var användningen av denna teknik för medicinska ändamål utesluten. För närvarande har många protesoperationer redan utförts i världen, där implantat gjorda med denna teknik har implanterats i patienter – skalle och näsben, tandben, handben, etc.
• Mycket mer blygsam är britternas demonstration 2011 av en skrivare som kunde göra vilken figur som helst av choklad. Eftersom choklad kan stelna ganska snabbt när den kyls, skriver skrivaren ut på sådana råvaror ganska snabbt. Sådana skrivare är ett riktigt fynd för restauranger och konditorier.

Samma år tillverkades det första flygplanet på en tredimensionell skrivare av brittiska ingenjörer från University of Southampton. De medgav att de största svårigheterna inte låg i tryckprocessen, utan i designen. Den tillverkade modellen kunde flyga med en anständig hastighet.

Forskare från Oxford har föreslagit en skrivare som kan reproducera material som delvis har egenskaperna hos levande vävnad. Den italienske robotisten Enrico Dini lärde en 3D-skrivare att göra modeller av tvåvåningsbyggnader som har rum med skiljeväggar, rör och trappor. Allt detta görs från en oorganisk förening och sand. Det resulterande materialet har en hållfasthet nära den för armerad betong.

Ingenjörstänket stannade inte där, eftersom ett förslag lades fram att använda denna teknik vid konstruktionen av månforskningsbaser. Det beslutades att leverera en tredimensionell skrivare till ISS, där astronauter snabbt kan producera de delar de behöver, utan att vänta på att de ska levereras från jorden.

Nu blir 3d-skrivare, som började som skrymmande och mycket dyra, mindre och billigare. 2011 visade österrikarna den lättaste, minsta och billigaste volymetriska skrivaren att använda. Additiv fotopolymerisationsteknik användes här, som arbetar med ett ljuskänsligt harts.

Video om möjligheterna med en 3d-skrivare

Förr trodde man att 3D-skärmar var en ouppnåelig lyx för en enkel lekman, men idag kan även fattiga medborgare köpa dem. Det är samma sak med 3D-skrivare – de har redan upphört att vara maskiner från science fiction-böcker, men kommer mer och mer självsäkert in i verkligheten och ger fler och fler fördelar. Deras utsikter är mycket goda.