Spis treści:
- 1 3D tisk starší, než si myslíte
- 2 Osmdesátá léta. Zrod technologie 3D tisku - SLA
- 3 Druhá polovina 80. let 3D tisk FDM/FFF a SLS
- 4 Devadesátá léta. Noví výrobci 3D tiskáren a nástrojů CAD
- 5 Rok 2000: 3D tisk na červeném koberci
- 6 První desetiletí 21. století. Inovace a naděje. 3D tisk zasáhl domovy
- 7 Modernost posledního desetiletí. 3D tisk cválá vpřed
- 8 3D tisk - Kalendář
Nejsou to jen technické vědy, čím člověk žije. V Botlandu milujeme historii a víme, kolik se z ní dá naučit. Proto se dnes podíváme na to, kde se vzal obor 3D tisku a proč nás už tolik let naprosto pohlcuje.
3D tisk starší, než si myslíte
Na začátek stručný přehled klusáků v průběhu let. Ujišťujeme vás, že zbytek článku se ponese v jiném tónu. Projedeme se historií 3D tisku pomaleji, protože z oken rychle jedoucího vlaku toho koneckonců moc neuvidíte.
Od vynálezu technologie 3D tisku zhruba před padesáti lety – ano, to není česká chyba, půl století – postupuje její vývoj rychlým tempem a významně ovlivňuje průmyslové i komerční provozy. Stereolitografie, selektivní laserové spékání a modelování pomocí tavené depozice – poněkud technicky pokročilejší termíny, které někdy matou i zkušené hobbysty 3D tisku – patřily k prvním postupným výrobním metodám které byly úspěšné. Zpočátku se používaly pro průmyslovou výrobu prototypů.
Brzy se vyvinula technologie 3D tisku pro použití v mnoha oborech, ve velkovýrobě, při konstrukci velmi složitých dílů a dokonce i pro osobní použití. Ve službách našeho zdraví 3D tisk usnadňuje léčbu specifickou pro pacienta, včetně plánování chirurgických zákroků a navrhování implantátů. Technologie 3D bioprintingu hraje nedílnou roli při rozvoji tkáňového inženýrství a biomedicínského výzkumu. 3D tisk je stále pokročilejší a v budoucnu bude mít obrovský vliv na zdravotnictví. K tomu se však teprve dostáváme – nejprve slavná 80. léta.
Osmdesátá léta. Zrod technologie 3D tisku - SLA
Koncept 3D tisku vznikl v 70. letech 20. století, ale první pokusy se datují do roku 1981, kdy první pokusy o 3D tisk provedl Dr. Hideo Kodama z Nagojského městského průmyslového výzkumného ústavu. Jako první popsal metodu vrstvené výroby. Tak vznikl předchůdce 3D tisku SLA (stereolitografie). Pryskyřice citlivá na světlo byla vytvrzována UV světlem. Bohužel se mu nepodařilo podat patentovou přihlášku před stanoveným termínem.
O několik let později se o stereolitografii začal zajímat francouzský tým inženýrů (Alain Le Méhauté, Olivier de Witte a Jean-Claude André), ale kvůli nedostatku obchodních vyhlídek od ní upustil. I tento pokus o 3D tisk byl založen na procesu stereolitografie.
Charles “Chuck” Hull, který v roce 1986 podal první patent na stereolitografii (SLA), založil společnost 3D Systems Corporation a v roce 1988 uvedl na trh první komerční produkt. Bylo to první zařízení, které z digitálního souboru vytisklo skutečný fyzický díl.
Druhá polovina 80. let 3D tisk FDM/FFF a SLS
Dobře, začalo to SLA. A co SLS (Selective Laser Sintering) a FDM/FFF, Fused Deposition Modeling/Fused Filament Fabrication?
V roce 1988 podal Carl Deckard z Texaské univerzity patent na technologii SLS. Jednalo se o další techniku 3D tisku, při níž se prášek lokálně spéká pomocí laseru. Mezitím Scott Crump, spoluzakladatel společnosti Stratasys Inc. podal patent na technologii FDM (Fused Deposition Modelling). Za necelých deset let byly patentovány tři hlavní technologie, které se používají dodnes. Tím byl položen pevný základ toho, co známe jako moderní 3D tisk.
Pro zvídavé: v té době probíhalo v pozadí mnoho dalších, méně známých pokusů, například výroba balistických částic (BPM) patentovaná Williamem Mastersem, výroba laminovaných objektů (LOM) patentovaná Michaelem Feyginem, vytvrzování v pevné fázi (SGC) patentované Itzchakem Pomerantzem a trojrozměrný tisk (3DP) patentovaný Emanuelem Sachsem.
Devadesátá léta. Noví výrobci 3D tiskáren a nástrojů CAD
Základny byly vybudovány. Vývoj inkrementální výroby probíhá poměrně rychle. Objevují se velcí výrobci 3D tiskárny, zdokonalují se nové technologie a začínají se vyvíjet nástroje pro 3D modelování, které posouvají věci na další úroveň. V Evropě vzniká společnost EOS GmbH, která vytvořila první systém EOS “Stereos” pro průmyslové prototypování a výrobní aplikace 3D tisku. Jeho průmyslová kvalita je dnes celosvětově uznávaná v oblasti SLS (technologie selektivního laserového spékání) pro plasty a kovy.
V roce 1992 byl patent na vstřikování vydán již zmíněné společnosti Stratasys, která vyvinula řadu 3D tiskáren pro profesionály i jednotlivce. V letech 1993-1999 se v odvětví 3D tisku objevili významní hráči využívající různé neobvyklé techniky. Jako příklad lze uvést společnost ZCorp a tisk z pojiva založený na technologii inkoustového tisku MIT – společnost vytvořila model Z402, který vyráběl modely pomocí práškových materiálů na bázi škrobu, sádry a tekutého pojiva na vodní bázi.
Současně se objevily nové konstrukční nástroje CAD. Skutečný rozmach nastal v polovině 80. let po změně filozofie uživatelského rozhraní, kdy se začaly objevovat propracované grafické komunikační systémy a osobní počítače se svým výpočetním výkonem začaly skutečně ohromovat. Právě tento rychlý rozvoj osobních počítačů inspiroval vývojáře softwaru a programy CAD začaly masově vznikat jako nástroje pro různé strojírenské obory – prospěl i 3D tisk. Společnost Sanders Prototype, nyní Solidscape, byla jednou z prvních, která vyvinula specifické konstrukční nástroje pro 3D tisk.
Rok 2000: 3D tisk na červeném koberci
Měřítkem úspěchu je mediální uznání. Můžete se dohadovat o detailech, ale tak to prostě je. V roce 2000 byla poprvé vytištěna ledvina na 3D tiskárně, ale trvalo dalších 13 let, než byla transplantována pacientovi. Slyšel o tom tehdy někdo, nebo spíše: vytruboval to tehdy někdo do světa? Znělo to jako naprosté sci-fi. Dnes 3D tištěné ledviny fungují bez problémů.
V roce 2004 byl zahájen projekt RepRap, jehož součástí bylo vytvoření “samoreplikující se” 3D tiskárny. Ano, jde o tisk 3D tiskárny na 3D tiskárně! Tento open-source projekt vedl k rozšíření stolních 3D tiskáren tisknoucích technologií FDM a k popularizaci této technologie v tvůrčí komunitě. O 3D tisku se dozvěděly masy lidí. V roce 2005. Společnost ZCorp uvedla na trh Spectrum Z510, první barevnou 3D tiskárnu s vysokým rozlišením.
Rok 2008 přinesl 3D tisku ještě větší mediální publicitu. Tehdy byla vytvořena první 3D tištěná protéza končetiny. Tento pozoruhodný lékařský projekt zahrnoval všechny části biologické končetiny. V současné době jsou v kombinaci s 3D skenováním 3D tištěné lékařské protézy a ortézy stále levnější a rychleji dostupné. Tyto protézy jsou navíc stále více optimalizovány a přizpůsobovány morfologii pacienta. Aditivní výroba vytváří nové příležitosti pro masové přizpůsobení. Ale odpusťte nám, že jsme podlehli moderní době – je to způsobeno nadšením.
První desetiletí 21. století. Inovace a naděje. 3D tisk zasáhl domovy
Po vypršení platnosti patentu FDM se první roky desetiletí staly roky 3D tisku. Aditivní výroba se stala životaschopnou a cenově dostupnou technikou výroby prototypů a výroby nejen pro podniky. Rozšířily se 3D tiskárny pro domácí použití, což vedlo k tomu, že dnes můžete mít zařízení na svém stole již za cenu kolem 1 000 Kč. V roce 2013 americký prezident Barack Obama ve svém projevu o stavu Unie zmínil 3D tisk jako jednu z nejdůležitějších otázek budoucnosti, díky čemuž se “3D tisk” stal absolutním buzzwordem – znáte to, takovým tím módním buzzwordem, který se neustále objevuje v rozhovorech, až začne být otravný. Podle našeho názoru je to docela dobré doporučení.
3D tisk se dnes již dostává do povědomí široké veřejnosti a dokonce i do politických rozhodnutí. Tato technologie se neustále vyvíjí a rozšiřují se i její aplikace. Stále více malých i velkých společností využívá nízkých cen prototypů, které 3D tisk nabízí, a plně jej začlenilo do svých výrobních procesů. Je možné, že reklama na model obuvi, kterou jste nedávno viděli na výstavě v nákupním centru, byla vytvořena na 3D tiskárně. A v roce 2010 vzniklo Urbee, první automobil vytištěný na 3D tiskárně.
Modernost posledního desetiletí. 3D tisk cválá vpřed
Mohlo by to být lepší? Možná. Webové stránky Exploding Topics poukazují na více než 550 000 měsíčních vyhledávání fráze “3D tisk” na Googlu. Mluvíme přesně o této frázi – a existují dvojčata a odvozeniny. V roce 2020 byla podle zprůměrovaných odhadů uvedena současná hodnota celého trhu 3D tisku ve výši 10 miliard USD. USD, přičemž se odhaduje, že do deseti let přesáhne 50 miliard USD. 3D tisk zůstává nejrychleji rostoucím technickým odvětvím, pokud jde o tržby a spotřebu materiálu, s ročním růstem trhu – i zde se podle různých odhadů zprůměrovalo – kolem 45 %.
Překvapuje fantazie nových filamentů a dalších materiálů. Využívají je sektory, které kladou důraz na odolné a pevné materiály nebo na profesionální elastické plasty. Roste počet ekologických materiálů a biologicky založených, včetně biodegradovatelných filamentů a plastů, které jsou vhodné ke konzumaci člověkem.
Působivé materiály s vysokou tepelnou a chemickou odolností, velkoformátové tiskárny za několik set tisíc zlotých a vedle nich drobnosti pro domácí použití…. no, kdo nesleduje vývoj 3D tisku, o hodně přichází. Určitě nejpůsobivější je však rozsah projektů 3D tisku – v současné době se na nich tisk celých budov není žádným překvapením.
3D tisk - Kalendář
- 1977 – první koncepty 3D tisku.
- 1981 – myšlenka použití laseru při 3D tisku.
- 1986 – Chuck Hull patenty SLA. Carl Deckard patentuje SLS.
- 1989 – Scott Crump patentuje FFF/FDM.
- 1991 – Helisys zakládá společnost LOM. Při 3D tisku se používá odpadávající papír, který se spojuje a lepí vrstvu po vrstvě.
- 1993 – Výstava Ars Mathematica ve Francii představuje návštěvníkům první počítačové sochy.
- 1994 – Solidscape vytváří první vysoce přesné 3D tiskárny a objekty vytvořené pomocí softwaru CAD.
- 1995 – Společnost Z Corporation uvádí na trh tiskárny Z Printers.
- 1997 – Materialise nabízí zadávání objednávek na 3D tištěné předměty s dodací lhůtou až 24 hodin. Společnost AeroMat představuje 3D tiskárnu LAM, která pracuje s titanovými slitinami.
- 1999 – Vědci vytvářejí první orgán pomocí 3D tisku. Je vytvořen z buněk odebraných pacientovi, což snižuje riziko odmítnutí při transplantaci.
- 2000 – je vyvinut stereolitografický stroj Mammoth pro velkoformátový 3D tisk pomocí tekutých polymerů a laseru.
- 2002 – Envisiontec představuje vysokorychlostní a vysoce kvalitní 3D tisk bez viditelných spojů na plastu.
- 2003 – Vznik technologie EBM (Electron Beam Melting), tj. spojování kovového prášku elektronovým svazkem.
- 2005 – První domácí 3D tiskárny díky společnosti RepRap.
- 2006 – První DIY 3D tiskárna, díky níž je 3D tisk “levný” a “hackovatelný”. 3D tiskárna EOSINt M270 tiskne z kobaltu a nerezové oceli.
- 2008 – Nová matrice pro 3D tisk na papír (Helisys LOM). RepRap vytváří Darwin – první open-source hardware pro 3D tisk. První kolenní a nožní protéza. Thingiverse spouští úložiště pro sdílení 3D souborů pod licencí Creative Commons.
- 2010 – První patent na 3D tisk z porcelánu.
- 2011 – Vyprší platnost patentu FDM/FFF. 3D tištěné šaty se dostávají na seznam 50 nejlepších vynálezů časopisu TIME. První 3D tištěné letadlo je vyrobeno za 7 dní.
- 2012 – První jedlý čokoládový předmět, čelist a střelná zbraň vyrobená 3D tiskem. Společnost Nike zavádí 3D tisk komponentů obuvi.
- 2013 – Zařízení na otevírání plic vytvořené pomocí 3D tisku zachránilo život kojence.
- 2015 – V Torontu vzniká 3DXL, kombinace 3D tisku, robotiky a architektury.
- 2017 – Ferrari oznamuje využití 3D tisku k vylepšení motorů vozů F1.
- 2019, 2020, 2021 – Botland Blog vyvíjí sekci 3D tisk, kde najdete další fantastické informace.
