3D-printen: een van de meest revolutionaire nanufacturing-technologieën van de 21e eeuw

Toen je voor het eerst de woorden "3D-printen" hoorde, stelde je je dan een super futuristische technologie voor die vaak voorkomt in sciencefictionfilms? Geloof het of niet, 3D-printen bestaat echter al bijna 40 jaar.

Driedimensionaal (3D) printen is een additief productieproces dat een fysiek object creëert uit een digitaal ontwerp. Het proces werkt door dunne lagen materiaal neer te leggen in de vorm van vloeibaar of poedervormig plastic, metaal of cement en vervolgens de lagen samen te smelten.

Hier is een snelle 3D-printtijdlijn van de jaren 1940 tot vandaag.

Jaren 1940: Concept

In feite bestaat 3D-printen in concept al sinds 1945 - Murray Leinster legde de term uit in zijn korte verhaal Things Pass By uit 1945: "Maar deze constructeur is zowel efficiënt als flexibel. Ik voer magnetronplastic – het spul waar ze tegenwoordig huizen en schepen van maken – in deze bewegende arm. Het maakt tekeningen in de lucht na tekeningen die het scant met fotocellen. Maar plastic komt uit het uiteinde van de tekenarm en verhardt als het komt ... alleen tekeningen volgen."

Jaren 1980: Geboorte

De eerste gedocumenteerde iteraties van 3D-printen zijn terug te voeren tot de vroege jaren 1980 in Japan. In 1981 publiceerde Dr. Hideo Kodama van het Nagoya Municipal Industrial Research Institute details over een "rapid prototyping" -techniek. Dit onderzoek was het eerste stuk literatuur dat de laag-voor-laag benadering beschreef die zo inherent is aan 3D-printen. Zijn onderzoek omvatte het printen van fotopolymeren met behulp van een methode die voorafging aan stereolithografie, en sprak ook over dwarsdoorsnedes van lagen die op elkaar lagen om het 3D-object te vormen. Dr. Kodama voldeed echter niet aan de octrooiaanvraag voor zijn deadline en kreeg het patent nooit.

Een paar jaar later was een trio van de Franse ingenieurs Alain Le Méhauté, Olivier de Witte en Jean Claude Andréwas op zoek naar een rapid prototyping machine. In plaats van hars probeerden ze een systeem te creëren dat vloeibare monomeren uithardde tot vaste stoffen met behulp van een laser. Ze dienden een patent in voor het stereolithografieproces, maar verlieten vanwege een gebrek aan zakelijk perspectief.

Het was Chuck Hull die de eerste 3D-printer bouwde. Hij diende het eerste patent voor stereolithografie (SLA) in 1986 in, richtte de 3D Systems Corporation op en bracht in 1988 de SLA-1 uit, hun eerste commerciële product. Deze machine maakte het mogelijk om complexe onderdelen laag voor laag te fabriceren in een fractie van de tijd die het normaal gesproken zou kosten. Hull ging verder met het indienen van meer dan 60 patenten rond de technologie, werd de peetvader van de rapid prototyping-beweging en vond het STL-bestandsformaat uit dat nog steeds in gebruik is.

SLA was niet het enige additieve productieproces dat in deze tijd werd onderzocht. In 1988 bracht Carl Deckard aan de Universiteit van Texas een patent voor de SLS-technologie, een andere 3D-printtechniek waarbij poederkorrels lokaal door een laser aan elkaar worden gesmolten. Ondertussen werd fused deposition modeling (FDM) ook gepatenteerd door Scott Crump. De methode omvatte het smelten van een polymeerfilament en het deponeren op een substraat, laag voor laag, om een 3D-object te creëren.

Jaren 1990 - 2000: Groei

In de jaren 1990 begonnen veel bedrijven en startups op te duiken en te experimenteren met de verschillende additieve productietechnologieën. Gedurende deze tijd waren de machines heel anders dan die we nu gebruiken. Ze waren moeilijk te gebruiken, duur en veel van de uiteindelijke afdrukken vereisten veel nabewerking.

In 2004 richtte Dr. Adrian Bowyer, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Bath in het Verenigd Koninkrijk, het RepRap-project op. Het was een open-source project dat tot doel had een 3D-printer te bouwen die de meeste van zijn eigen onderdelen kon printen. Het idee erachter was om 3D-printen te democratiseren door de technologie beschikbaar te maken voor mensen over de hele wereld.

2009 was het jaar waarin de FDM-patenten in het publieke domein vielen, wat de weg vrijmaakte voor een brede golf van innovatie in FDM 3D-printers, een daling van de prijs van desktop 3D-printers en bijgevolg, omdat de technologie toegankelijker was, een verhoogde zichtbaarheid.

Nu 3D-printen: Prime

Tegenwoordig begonnen de prijzen van 3D-printers te dalen, waardoor ze beschikbaar werden voor het grote publiek. Samen met de dalende prijzen namen ook de kwaliteit en het printgemak toe.

3D-printen wordt op verschillende gebieden gebruikt. Wetenschappers van de Universiteit van Southampton vlogen met 's werelds eerste 3D-geprinte onbemande vliegtuig; de makers van een 3D-geprinte auto bereikten tot 200 mpg met een hybride gas / elektrische motor; en een start-up die gespecialiseerd is in het bouwen van ecologische woonstructuren bedacht een door robots gemaakte habitat die geschikt is om op Mars te leven.

Doorbraken in 3D-printen gaan sneller dan ooit tevoren. De enorme impact en het grote potentieel veranderen ons leven.