Von der kleinen Tasse bis zum Hochhaus: Wie sich die 3D-Drucktechnologie verändert hat

Anfang der 1980er Jahre: erste Experimente

Die erste 3D-Drucktechnologie angeboten Der Japaner Hideo Kodama im Jahr 1981. Allerdings hieß es damals nicht 3D-Druck, sondern Rapid Prototyping. Kodama entwickelte ein Gerät, das nach der Methode der Stereolithographie (SLA) funktionierte: Ein Laser bestrahlte ein Photopolymerharz und legte ein programmiertes Objekt in Schichten an. Allerdings beschrieb er lediglich die Idee, konnte aber nicht die für die Erlangung eines Patents notwendigen Beweise vorlegen.

Etwa zur gleichen Zeit begannen die Arbeiten an einem Gerät für das Rapid Prototyping in Eigenregie Amerikanischer Ingenieur Charles Hull und Französische Ingenieure Jean-Claude André, Alain le Meho und Olivier de Witt. In beiden Fällen konnte ein Erfolg erzielt werden. 1984 meldeten die Forscher ein Patent an. Die Franzosen waren drei Wochen voraus, aber das half ihnen nicht – ihr Vorschlag galt als wenig vielversprechend, sodass sie nicht in die Entwicklung der Technologie investierten. Doch Hull hatte Erfolg, weshalb er als Erfinder des 3D-Drucks gilt.

Hulls erstes gedrucktes Stück war eine kleine Tasse. Sie erinnerte den Ingenieur an ein Werkzeug zum Einträufeln von Augentropfen, seine Frau an eine Schale für die Kommunion.

Im Jahr 1986 gründete Hull zusammen mit Partnern erstellt 3D Systems Corporation. Ein Jahr später brachten sie den ersten serienmäßig hergestellten 3D-Drucker auf den Markt, den SLA-1. Die Erfindung lockte zunächst Automobilfirmen an: Mit Hilfe des Geräts druckten sie Prototypen von Kleinteilen, etwa Türgriffen.

Mitte der 1980er und 1990er Jahre: Der Aufstieg anderer 3D-Druckverfahren

Ende des 20. Jahrhunderts erschienen mehrere weitere 3D-Drucktechnologien. Erste - Selektives Lasersintern (SLS). Dabei werden nicht Harze, sondern Schüttstoffe als „Tinte“ verwendet. Technologieautor Carl Deckard entwickelt sie als Masterstudentin an der University of Texas. Professor Joseph Beeman half ihm bei der Entwicklung des Geräts. Das erste vom SLS-3D-Drucker gedruckte Objekt ist ein Würfel. 1988 patentierte Deckard die Erfindung und gründete Desk Top Manufacturing.

Ein Jahr später erschien Fused Deposition-Methode (FDM). Bei der „Tinte“ handelt es sich in diesem Fall um thermoplastische Polymere in Form eines Filaments. Sie werden auf eine Spule gewickelt und im Inneren des Geräts platziert. Anschließend werden die Polymere erhitzt und in die programmierte Form gegossen. Der Autor eines solchen 3D-Drucks ist der Ingenieur Scott Crump. zur Idee davon aufgefordert Lebenserfahrung. Crump arbeitete für ein Unternehmen, das die Herstellung eines PCB-Entladers plante. Doch es lief nicht nach Plan. Die Prototypenentwicklung dauerte lange, so dass das Unternehmen seine Chance auf den Markteintritt verpasste. Dann beschloss der Ingenieur, einen Weg zu finden, solche Prozesse zu beschleunigen. Er begann in der Küche zu experimentieren: Mit einer Heißklebepistole und halbfesten Plastikgelen bewaffnet, bastelte er einen Spielzeugfrosch für seine Tochter. 1989 erstellte er mehrere Modelle des Geräts, erhielt ein Patent und eröffnete ein Unternehmen zur Herstellung von Stratasys FDM 3D-Druckern.

Der erste FDM-Drucker erschien 1991. Jetzt ist es soweitam gebräuchlichsten 3D-Drucktechnologie.

Die folgende Methode ist direktes Laserwachstum (LMD). Sein kam mit Forscher der Sandia National Laboratories (USA) in den 1990er Jahren. Als Druckmaterial wird hier Metall in Form eines Pulvers oder eines Drahtfadens verwendet. LMD wird in der Industrie eingesetzt, beispielsweise zur Herstellung von Teilen. Auch ziemlich große. Zum Beispiel der größte 3D-Drucker Russlands mit dieser Technologie herstellen können Produkte mit Parametern von 2,2 Metern Durchmesser und einem Meter Höhe. Die Installation heißt „ILIST-2XL“ und wurde in Rosatom erstellt.

Ende der 1990er und 2000er Jahre: die Geburtsstunde des Bioprintings

Die Aussichten des 3D-Drucks in der Medizin wurden fast unmittelbar nach dem Aufkommen der Technologie erkannt. Das erste Experiment in diesem Bereich gehaltenen 1999 von Forschern des Boston Children's Hospital der Harvard Medical School. Mit einem Drucker erstellten sie ein Blasengerüst aus Kollagen und Polymeren. Und dann platzierten sie manuell Spenderzellen von Patienten darauf.

Echtes Bioprinting erschien im Jahr 2003. Der Autor der Technologie ist der amerikanische Bioingenieur Thomas Boland. Er ersetzt „Tinte“ auf einer Flüssigkeit mit echten lebenden Zellen und nutzte ein spezielles Substrat als Unterlage für deren Platzierung. Dadurch gelang es ihm, Zellen von Bakterien und Säugetieren zu drucken. Technologiepatent erhalten im 2006-Jahr.

In die gleiche Richtung in Null hat funktioniert eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Gabor Forgach. Ihre NovoGen-Bioprinting-Technologie war die erste, die kommerziellen Erfolg hatte, als Organova 2007 in San Diego eröffnet wurde, um sie zu vertreiben. Zwei Jahre später dort freigegeben Einer der ersten kommerziellen 3D-Biodrucker ist der Novogen MMX.

Mitte der 2000er Jahre: Bau preisgünstiger 3D-Drucker

Lange Zeit waren 3D-Drucker riesig und teuer. Daher schien es unmöglich, ein solches Gerät für zu Hause zu kaufen. die Situation ändern entschieden Der britische Dozent Adrian Bauer. Die Universität, an der er arbeitete, verfügte über einen 3D-Drucker für 40.000 Pfund, einen der günstigsten seiner Zeit. Aber Bauer träumte davon, es noch budgetfreundlicher zu machen. Im Jahr 2005 kam ihm die Idee für den RepRap, einen kompakten 3D-Drucker, der die meisten seiner Teile herstellen konnte. Mit einer solchen Maschine wäre es möglich, viele weitere ähnliche Maschinen herzustellen.

Im selben Jahr 2005 erhielt Bauer Geld zur Umsetzung seiner Idee und sprach im Internet darüber. RepRap ist ein Open-Source-Projekt: Jede Person im Internet kann es nach Belieben modifizieren und modifizieren. Das Konzept wurde schnell populär. In 2008 wurde veröffentlicht Das erste Modell von RepRap ist der Darwin. Es sah aus wie ein Rahmen mit Drähten und Befestigungselementen. Er war nicht sehr hübsch, aber durchaus funktionell: Er konnte einige seiner Teile und andere Gegenstände drucken, beispielsweise einen Autotelefonhalter.

RepRap ist nicht das einzige derartige Projekt. Im Jahr 2006 Studenten der Cornell University eingereicht Open-Source-3D-Drucker – Fab@Home. Zu den ersten Dingen, die er damit herstellte, gehörten ein Silikonarmband und ein kleiner Propeller.

Anfang der 2010er Jahre: Entwicklung von 3D-Prothesen

Im Jahr 2013 Puppenspieler Ivan Owen erstellt die erste 3D-gedruckte Handprothese. Er begann nicht nur aus Neugier, mit Technologie zu experimentieren. Owen wurde von einer Frau angesprochen, deren Sohn ohne Finger an der rechten Hand geboren wurde. Zu diesem Zeitpunkt war der Junge bereits fünf Jahre alt. Zunächst griff der Künstler auf bekannte Materialien wie Metall zurück und fertigte daraus sogar den ersten Prototypen. Aber bald wurde mir klar, dass das Kind schnell wächst und es zu mühsam ist, die Hand jedes Jahr neu zu machen. Also fing Owen an, sich mit dem 3D-Druck zu beschäftigen, bat ein Technologieunternehmen um ein paar Drucker für einen guten Zweck und begann, eine Hand auf einem Computer zu modellieren. Alles hat gut geklappt – die Hand kam stark und beweglich heraus.

Owen hat die Erfindung nicht lizenziert. Stattdessen stellte er das Projekt öffentlich zugänglich, damit andere Menschen eine Prothese für sich selbst herstellen konnten.

Ende der 2010er Jahre: Bau gedruckter Häuser

Die Idee, dass ein großer 3D-Drucker es ermöglichen würde, Häuser schneller und weniger arbeitsintensiv zu bauen als mit klassischen Werkzeugen, besprochen bereits Ende des 20. Jahrhunderts. In den 2000er Jahren begann man mit der Entwicklung geeigneter Maschinen und Technologien und in den 2010er Jahren entstanden bereits die ersten Druckereien. Beispielsweise im Jahr 2015 das chinesische Unternehmen WinSun gebaut Verwendung eines sechsstöckigen Gebäudedruckers. Im Jahr 2016 in Dubai erschien Büro nach Maß: Die Möglichkeit, auf einfache Weise individuelle Designs zu erstellen, ist einer der Vorteile des 3D-Drucks im Baugewerbe.

Im Jahr 2017 entstanden in Russland die ersten mit dieser Technologie gebauten Wohngebäude Stupino Und Jaroslawl. Und im Jahr 2022, Forscher der University of Maine in 12 Stunden erstellt das erste Haus, das vollständig aus Biomaterialien – Holzfasern und Harzen – gedruckt wurde. Eine große Auswahl an Bautinten ist ein weiterer Pluspunkt des 3D-Drucks. Für diese Zwecke werden beispielsweise Beton, Sand, Vulkanasche und Reisschalen verwendet.

Was jetzt?

Heutzutage wird der 3D-Druck in verschiedenen Bereichen aktiv eingesetzt. Mit seiner Hilfe stellen sie Kleidung, Forschungsinstrumente, Implantate und sogar Lebensmittel her. Die Möglichkeiten der Technologie werden aktiv erforscht und sie bietet viele Perspektiven. Ja, Wissenschaftler vermutendass der Drucker in Zukunft direkt im Inneren einer Person drucken kann und den beschädigten Knochen- oder Knorpelbereich so schnell wie möglich ersetzt. Es gibt bereits Beispiele für winzige Geräte für In-vivo-Anwendungen. Solchen gilt endoskopischer Roboterdrucker F3DB, entwickelt von Ingenieuren aus Sydney. Und wenn Forscher einen Weg finden, 3D-Organe so zu programmieren, dass sie sich nahtlos in das Nerven- und Kreislaufsystem einfügen, erfolgreich die Warteliste für Spenderhilfe erheblich verkürzen.