Mindent a 3d nyomtatásról

Addict3d

3d nyomtatás előtörténete

2022. június 29. - KreaLab

Bár a technológia a 20. század végére érte el azt a fejlettségi szintet, hogy komolyabb eredményeket tudjon felmutatni ipar és kereskedelem területén is, de gyökerei egészen a 19. századig vezetnek. Első, akit meg kell említsünk, egy francia festő, fotós és szobrász Francois Willéme, aki a fotó szobrászatot fejlesztette ki 1860-ban. Eljárása 24 szögből készült fotókra épült, és ezek segítségével hozta létre a modellek 3D vázlatát, amit manuálisan javított fel. Ez a technológia az alapja fotó és kontúr alapú szkennelés technikájának, amit a mai napig használnak, igaz már digitálisan.

Hogy hogyan is működhetett ez az analóg eljárás, itt egy kis film 1939-ből, ami már a tovább fejlesztett változatát mutatja a technikának:

A következő Joseph E. Blanther térképész volt 1892-es szabadalmával, melyben a domborzati térképek szintvonalait használta fel a rétegek elkülönítésére és azok egymásra rétegezésével hozta létre a táj térbeli leképezését viaszból amit szintén manuálisan finomított.

joseph_e_blanther_www_nexus3mfg_com.jpeg

Az ő szabadalmát 1951-ben Otto John Munz gondolta tovább, aki 2d fotók felhasználásával és azok fotópolimer emulzióra vetítésével hozta létre a domborzat térbeli képét. Az áttörés a Z tengely mozgása volt, ami minden réteg után lejjebb ereszkedett. Ezt az elvet ma is használják a modern 3d nyomtatók.

otto-j-munz-1951.png

Ehhez a DuPont cég kémiai úttörő munkája is kellett, hiszen ők fedezék fel többek között a fotópolimer resint, és a neoprént, nejlont, teflont, lycrát is nekik köszönhetjük sok egyéb műanyaggal egyetemben. Ha már itt tartunk a PLA-t 1932-ben fejlesztette ki Wallace Carothers, ezért őt is érdemes megelmlíteni. Főleg mert ő is DuPont alkalmazotja volt és nem utolsó sorban a nejlont is ő fedezte fel. Nézzük csak meg Dupont termék címkéit gyüjtő falat 1945-ből:

dupont.png

Az első két terület a szobrászat és térképészet sok innovációt alapozott meg de találmányaik mivel nagyon specializáltak voltak nehezen jutottak el más közegekbe.

Tárgyak létrehozására már az 1920 években találunk olyan fejlesztést ami már rétegekből építkezik, ilyen R. Baker szabadalma, ami ív hegesztés segítségével hoz létre dekoratív tárgyakat.

r-baker-1925.png

K. Swainson a 1960-as évek végén már lézerrel kísérletezett, aminek a célja az volt hogy egy tankban tárolt resint két eltérő hullámhosszú lézer találkozási pontjában keményítsen ki. Az 1971-es szabadalmában már a galvanométer-vezérelt tükör és lézer pásztázási stratégiák is meg vannak említve.

us4041476-drawings-page-2.png1971-ben a francia Pierre Ciraud beadott egy szabadalmat, ami egy gyártási technologiáról szólt, ami minden olvadni képes anyag megmunkálását mutatta be, a lézersugár energiájával. Ez az első por bázisú fejlesztés volt, amit tekinthetünk a DED 3d nyomtatás előfutárjaként is. Ciraud úgy definiálta a találmányát, mint ami lehetségesé teszi rendkívül bonyolult formák gyártását öntőformák nélkül.

 p-ciraud-1971.png

1979-ben R. Housholder szintén beadott egy szabadalmat, ami tartalmaz egy leírást, ami tekinthetünk SLS technológia előfutárúnak. A találmány célja az volt, hogy új és különleges mintázási technologiával rétegesen alkosson számítógép irányította lézer segítségével 3D tárgyakat. Por bázison a lézer x-y mozgása rajzolta ki a réteget.

r-housholder-1979.png

Akkoriban a lézerek rendkívül magas ára és a számítógépek fejletlensége miatt találmányának nem volt nagy visszhangja. Később a DTM cég újra felfedezte és licenszelte a szabadalmat és ezután született meg az első SLS gép.

Hiedeo Kodama Janpánban 1981-ben publikált egy cikket amiben fotópolimer resin megszilárdításával kísérletezett. Ez egy x-y plottert ír le irányított optikai szállal, ami UV fényt vezetett és azzal keményitette ki a fotópolimert. Ez után rövidesen még ebben az éveben a második publikációjában részletesebben ír a már három dimenziós technológia három különböző módszeréről. Az egyikben emelkedik, a másikban süllyedt a asztal amire maszkolással UV fény világítja át rétegeket és így alakítva ki a tárgyat a harmadikon a már említett xy plotter rajzolja ki a rétegeket a fotópolimerre.

h-kodama-1981.png

Olyan ismerős kifejezéseket is használ már mint a hullámhossz, a fókusz távolság, a réteg vastagság, az expozíciós idő és a resin viszkozitása. Az alsó kép mutatja az egyik kisérleti nyomtatát ami 20 x 20 x 12.5 mm méretű és 5 rétegből áll, amiknek a vastagsága 2.5mm. 96 perc volt a levilágítás rétegenként összesen 8 órát vett igénybe az elkészítése.

 h-kodama.png

Találmányát a komplex formák gyors prototípus gyártásra akarta használni. 1981 november 10-én szabadalmat nyújtott be az XYZ plotter-re. Sajnos a szabadalmat nem sikerült megszerezni mivel kifogyott a pénzből (mai árfolyamon kevesebb, mint 2.000$ kutatási keretet kapott csak egy évre) és kísérleteit nem tudta befejezni. A Szabadalmát így nem jegyezték be, mivel nem tudta leadni teljes dokumentációt határidőre.

William (Bill) Masters 1984. július 2.-án szabadalmat nyújtott be a számítógépes automatizált gyártás folyamatára és rendszerére. Ezt tartják nyilván az első 3d nyomtatási szabadalomként. Ezen kívül később még két szabadalmat adott be amivel megalapozta a ma használatos 3d nyomtatási rendszereket, többek között elsőként használta 3D CAD modelleket közvetlenül nyomtatásra.

us4665492-drawings-page-2_1.png

Technologiája a material jetting (MJ) eljárás alapját adta. Megalapította a Perception Systems céget, amibe később befektetői csoportok is beszálltak és átnevezet céget (Ballistic Particle Manufacturing) BPM Technology-ra. A cég szoftver fejlesztés túlbonyolításába és a termék megbízhatatlanságába és késői piacra bocsátásába bukott bele.

bpm-personal-modeler-2100.jpg

A gép 1996-ban jött csak ki Personal Modeler 2100 néven. Méretéből adódóan és olcsó üzemeltetési költsége miatt viszont az első asztali nyomtató is lehetet volna. 1997-ben a céget felszámolták és Bill Masters szabadalmai a céggel együtt elvesztek. Végül nézzük meg hogyan nézet ki Bill Masters első 3d nyomtatványa.

first-3d-printed-object.jpg

Illik még megemlíteni a franciákat Alain Le Méhauté‎‎, Olivier de Witte és Jean Claude André, akik három héttel korábban mint Chuck Hull, konkrétan 1984 július 16-án szabadalmat nyújtottak be a sztereó litográfiára (Compagnie Industrielle des Lasers nevében, a későbbi Alcatel), de szabadalmi jogok megszerzésére a cég vezetése nem tartott igényt "üzleti perspektíva hiányára" hivatkozva, és félbehagyták folyamatot.

A Franciák azóta is okkal keseregnek ezen a ballépésen. Mentségükre legyen mondva az első nyomtatok, amiket előállítottak számítógép nélkül, Phd hallgatók szíves együttműködésével készültek manuálisan. Konkrétan egy csigalépcsőt készítettek először lézerrel, fotópolimerre, kézzel kirajzolva a rétegeket.

Források:

https://tessellated.eu/en/blog/history-of-additive-manufacturing-part-i/

https://billmasters3d.com/father-of-3d-printing/

Actualités CAO | L’impression 3D : une invention française abandonnée par la France (lynkoa.com)

 

A bejegyzés trackback címe:

https://addict3d.blog.hu/api/trackback/id/tr4417870435

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

süti beállítások módosítása