Да как бы мы печатали без желатина. История 3д печати. Слой за слоем⁠⁠

Всем привет. Своим первым постом я начал серию про историю развития 3Д печати в мире. В процессе изучения я понял, что начал немного не с того материала. Для того, чтобы посты были логически связаны друг с другом, а также для прослеживания полноценных исторических цепочек, необходимо было добавить этот пост. Он является логическим началом всей серии.

В первом посте мы калибровали первый слой, следуя концепции, здесь это как бы покупка принтера.

Начать историю следует с изобретателя Джеймса Уатта (James Watt) - шотландский инженер, изобретатель-механик. Человек крайне разносторонний и умный. Имел множество заслуг в области изобретений такого уровня, что его механизмы запустили процесс промышленной революции в Англии, а затем и во всем мире.

Джеймс Уатт в период с 1800 по 1819 г. разработал серию машин для копирования скульптуры, которые он так и не запатентовал. Называются эти машины эйдограф. Эти механические приспособления позволяли копировать вещи самой сложной формы с высокой точностью. Сохранившийся эйдограф до сих пор можно увидеть в Музее науки в Лондоне.
Впоследствии эйдограф усовершенствовал Бенджамин Чевертон в 1828г.

Машина Чевертона была оснащена вращающейся режущей коронкой для вырезания уменьшенных и увеличенных версий скульптур.

Параллельно с Чевертоном работал французский инженер и дизайнер Ачили Коллас, который также изобрел метод воспроизведения скульптуры с помощью пантографа. Именно эти изобретения являются предшественниками устройства, которое использовал позже Франсуа Виллем в посте «История 3Д печати. Слой за слоем».

На самом деле у Виллема было два типа подхода к своему процессу. Был более ранний процесс, который называли «механической скульптурой». Было сделано 50 фотографий по окружности в точках, равноудаленных от объекта. Затем фотографии были проявлены, индивидуально обведены на дереве и разрезаны пополам. Каждую половинку деревянного профиля разрезали на отдельный клин. В конце, все 100 клиньев собирали в виде круглого бюста. Это одна из первых демонстраций нарезки объекта точно так же, как в большинстве современных процессов 3D-печати. Второй подход смотрите по ссылке выше, там подробно.

Я бы сказал, что машины Чевертона, Колласа и Виллема были предшественниками современных фрезерных станков с числовым программным управлением (ЧПУ), которые, в свою очередь, были предшественниками 3D-печати.

Идем дальше по хронологии и следующие личности, которые нам нужны в последующих постах, это Мунго Понтон – шотландский изобретатель и Уильям Генри Фокс Талбот – английский ученый, изобретатель и пионер фотографии.

Мунго Понтон в 1839 году создал метод перманентной фотографии на основе дихромата калия. Он обнаружил, что бумага, пропитанная раствором дихромата калия и выставленная затем на солнечный свет, становится коричневой. Участки бумаги, оставшиеся в тени, сохраняют первоначальный цвет. Чтобы закрепить изображение, Понтон промывал отпечаток в воде. Неразложенная светом соль дихромата при этом растворялась, и на белом фоне выступал четкий коричневый рисунок.

После него, Уильям Генри Фокс Талбот в 1847г. подал патент на соединение желатина с дихроматом калия. Он обработал раствор желатина солями хрома. Зная о работах Понтона, Талбот предполагал, что желатин станет светочувствительным. Так и случилось. Однако светочувствительность эта была особой. Изменился не цвет желатина, а его свойства. Любой хозяйке хорошо известно, что желатин в холодной воде разбухает, а в горячей растворяется. Талбот установил, что желатин теряет эти свойства, если его обработать солями хрома и выставить на свет. Под влиянием освещения такой хромированный желатин твердеет выделяющейся окисью хрома и теряет способность растворяться в воде.

Можно создать более четкую логическую хронологию, если мы поместим работу Понтона и Талбота в контекст процесса фоторельефа, изобретенного Уолтером Вудбери в 1865 г. Уолтер Бентли Вудбери - изобретатель и новаторский английский фотограф. Он был одним из первых мастеров фотографии в Австралии и Голландской Ост-Индии. Он также запатентовал множество изобретений, относящихся к различным аспектам фотографии, его самым известным нововведением был фотомеханический процесс, названный Вудберитипия. Процесс впервые позволил наладить массовое тиражирование фотоснимков типографским способом.

Для получения пигментного фотоотпечатка через стеклянный негатив засвечивали слой специально подготовленной смеси, состоящей из светочувствительного хромированного желатина и какого-либо красителя (пигмента). Под действием света окрашенный желатин твердел на глубину пропорциональную силе светового потока, пропускаемого негативом. Такой желатин становился нерастворимым. Незатвердевший, все еще растворимый желатин, смывался потоком горячей воды. Таким образом формировался желатиновый рельеф, высокие (толстые) участки которого соответствовали светлым, наиболее прозрачным областям негатива, и, напротив, наиболее тонкий слой оставался под самыми темными областями. Именно за счет изменения толщины слоя пигмента достигался градиент тона на фотоотпечатке: наиболее выступающие части рельефа содержали больше красящего материала.

Рассмотренные в этом посте технологии и процессы были важны для дальнейшего развития истории становления 3Д печати. Я посчитал очень важным разобрать цепочки развития технологий. Очень удивительно как одно выходит из другого и развивается в новые изобретения спустя много лет.