3D-друк називають технологією майбутнього. Світ, де просто вдома можна буде створити для себе будь-що: від садових меблів до гвинтокрила, вже не здається науковою фантастикою. Деякі дизайнери навіть вважають, що ця технологія може перевизначити саме поняття дизайну так само, як колись це зробила індустріальна революція. Та скільки ж насправді років «технології майбутнього», і як вона виникла?

Відкриття без комерційного успіху

Історія 3D-друку почалася аж у 1981 році в Японії. Саме тоді винахідник Хідео Кодама (Hideo Kodama)  запатентував свій «пристрій для швидкого прототипування». У ньому використовувався фотополімер, який, будучи від початку рідким, твердішав під впливом ультрафіолетового світла. Працював він подібно до сучасних принтерів: наносив полімер шар за шаром та давав йому затвердіти; кожен шар був поперечним перерізом майбутньої моделі. Саме цей винахід заклав підвалини стереолітографії. [1] Проте патент Кодами так і не перетворився на широко вживану технологію. Через брак фінансування він не зміг завершити розробку у встановлений термін, і проєкт було згорнуто.

Утім, ідея «пристрою для швидкого прототипування» знайшла свій відгук у серцях трьох французьких винахідників: Жана-Клода Андре (Jean-Claude André), Олів’є де Вітте (Olivier de Witte) та Алена ле Меоте (Alain le Méhauté). Ле Меоте на той час працював у компанії Alcatel та займався розробкою геометрично складних деталей. Колеги сварили його за те, що замість зосередженої роботи над кресленнями він думає про щось недоречне, та інженер і далі працював над полегшенням створення прототипів.

ЗD-друк: довга історія технології майбутнього

Він поділився цими думками із де Вітте, який працював у Alcatel за контрактом та мав справу із лазерами. Де Вітте знав про рідкі мономери, що затвердівають під дією лазера, тож разом двоє винахідників створили концепцію прототипувальної машини. Із нею вони звернулися до третього учасника, Андре, який працював у Французькому національному центрі наукових досліджень (French National Center for Scientific Research). Самого Андре ідея надзвичайно зацікавила, але його організацію — ні. Вона видалася CNRS надто несерйозною та непридатною для широкого вжитку.

У 1984 році троє винахідників запатентували свою технологію, але — знову-таки через нестачу фінансування — були вимушені згорнути свій проєкт. [2]

Стереолітографія та назва 3D-друку

У тому самому 1984-му американець Чарльз Галл (Charles Hull) винайшов стереолітографію. Ця технологія дозволяла створювати об’ємний надрукований об’єкт на основі файлу, згенерованого комп’ютером. Саме перша стереолітографічна машина (Stereolithographic apparatus, SLA) може вважатися 3D-принтером у сучасному сенсі. Чарльз запатентував свою технологію лише на кілька тижнів пізніше трьох французів, проте пощастило йому набагато більше.

Патент винахідникові було видано лише у 1986 році, і тоді ж він заснував свою компанію із виготовлення складних моделей — DTM Inc. Пізніше її придбала інша компанія — 3D Systems Corporation. Саме її ім’я і стало загальною назвою для такого способу друку, на кшталт того, як ми звично називаємо копіювальні машини «ксероксами». Зараз 3D Systems Corporation посідає одне з чільних місць на світовому ринку 3D-принтерів, і навіть сам Галл визнає, що недооцінював спектр застосувань власного винаходу. [3]

Нові технології, ширші горизонти

У 1988 році було подано на патент нову технологію, що використовує порошок замість рідкого полімеру. Тепер він спікається лазером, а не затвердіває в ультрафіолетовому випромінюванні: промінь вибірково проходить по пластиковому порошку, лишаючи за собою тверді «доріжки». Винахідник технології, Карл Декард (Carl Deckard) назвав її вибірковим лазерним запіканням (Selective laser sintering, SLS). Перша його машина мала назву Бетсі, вона могла виготовляти лише прості форми. Карл створив її для того, щоби показати можливості нової технології, та продовжував її вдосконалювати, очікуючи на патент.

Майже в той самий час, також в Америці, було подано на патентування третю відому нам технологію — моделювання методом наплавлення (Fused deposition modeling, FDM). Це якраз звичні нам «домашні» 3D-принтери, що розплавляють пластик із великої котушки та випускають його на робочу поверхню у потрібних місцях, шар за шаром. Винахідником цієї технології став Скотт Крамп (Scott Crump), який зараз очолює одну з найбільших компаній із виробництва 3D-принтерів високої точності — Stratasys. [2]

Крамп отримав свій патент аж у 1992 році та почав розвивати свою технологію. Одним із найяскравіших прикладів її застосування, що підніс 3D-друк на технологічний Олімп, стало створення «арматури» для майбутніх органів, яку потім заповнювали живими клітинами. Вони росли у цій формі, створюючи готову для імплантації тканину. [1]

ЗD-друк: довга історія технології майбутнього

Забігаючи наперед, скажемо, що друкувати нові органи людство ще не може. Лише на початку 2000-х років біоінженер Томас Боланд (Thomas Boland) почав модифікувати принтери (звичайні, не 3D) для друку біологічними «чорнилами» — а вже потім і для створення об’ємних форм. У 2007-му була заснована одна із перших компаній біодруку — Organovo. Наразі вона створює лише зразки тканин для проведення досліджень, але все ще активно працює над розробкою цілого, готового до трансплантації органа. [4]

До 2010 року 3D-друк активно застосовувався в медицині. Було надруковано різні протези кінцівок, мініатюрну робочу модель нирки з живих клітин та перші кровоносні судини з біоматеріалу людини. [1] Зараз біодрук є окремою галуззю, що продовжує стрімко розвиватися. Так, уже існує зразок надрукованої вченими рогівки людського ока.

Принтери, що друкують самі себе

Та по-справжньому доступним 3D-друк став, коли до нього долучився рух open-source (що виступає за вільний доступ до технологій). У 2005 році доктор Адріан Бойєр (Adrian Bowyer) розпочав амбітний проєкт: створення принтера, що здатний відтворити сам себе. Він назвав свою роботу The Replication Rapid-Prototyper Project (Проєкт машин швидкого прототипування, що самовідтворюються), або скорочено RepRap.

ЗD-друк: довга історія технології майбутнього

У 2008 році з’явився перший такий принтер — Reprap Darwin, названий на честь Чарльза Дарвіна. Тепер технологія була доступна всім, і світом почали ширитися незліченні модифікації моделі. Люди вдосконалювали її просто у своїх домівках, бо тепер створення 3D-принтерів не вимагало складних компонентів і обчислень. Усе необхідне можна було або надрукувати на іншому принтері, або купити у найближчому будівельному магазині чи навіть знайти на звалищі. [3]

Вплив та перспективи

Зараз 3D-друк переживає свій зоряний час. Деякі дизайнери, такі як Деян Суджич (Deyan Sudjic) вважають, що ця технологія перевизначить саме поняття дизайну, як колись його змінила індустріальна революція.[5] Адже тепер у будь-якому домі може бути власна майстерня зі створення будь-чого — потрібно лише мати комп’ютерну модель об’єкта.

Ціна на 3D-принтери стрімко падає, їхня точність зростає, а кількість матеріалів, придатних для друку, так само стрімко розширюється. Тепер можна надрукувати корпус машини, літака або ювелірну прикрасу із дорогоцінного металу. Протези, що колись зробили революцію в медицині, зараз друкуються волонтерами безкоштовно, і їхня якість стає все кращою. Надрукована на 3D-принтері машина, що зветься Urbee, вже показує дуже пристойні швидкості на трасі та через свою легкість споживає набагато менше палива. Існує навіть мікродрук, де створюються деталі завтовшки у кілька атомів для надсучасної електроніки.

3D-друк також відкриває дорогу зеленим технологіям. Багато видів пластику, наприклад, кришки від пляшок, можуть слугувати матеріалом для принтерів. Наприклад, міжнародний проєкт Precious Plastic (який, до речі, має і українську гілку) вільно розповсюджує креслення й інструкції для побудови і принтерів, і форм для відливу необхідних у побуті чи просто красивих речей із пластику, зібраного вдома чи на звалищах. Такі проєкти можуть вирішувати одразу дві проблеми: захаращення і нестачі доступних та дешевих речей першої необхідності для незахищених груп населення.

Текст: Дар’я Цепкова


Джерела

[1] History of 3D Printing: It’s Older Than You Are. Dana Goldberg

[2] History of 3D Printing: When Was 3D Printing Invented?

[3] A Detailed History of 3D Printing. Joseph Flynt

[4] What you need to know about 3D-printed organs. Mariella Moon

[5] B is for Bauhaus. Deyan Sudjic