История создания: 3D принтер
Сегодня 3D-принтер уже никого не удивляет. Он может напечатать деталь для автомобиля, корпус устройства, медицинское изделие или обычную игрушку. Но ещё в начале 1980-х сама идея создания объёмных предметов послойно казалась почти фантастической.
Не существовало домашних 3D-принтеров, слайсеров, библиотек цифровых моделей и привычных нам материалов вроде PLA или PETG.
Был только инженер по имени Чак Халл, небольшая лаборатория и идея, которая однажды изменила производство.
Всё началось с ультрафиолета
В начале 1980-х Халл работал инженером в американской компании Ultraviolet Products, которая занималась технологиями ультрафиолетового излучения.
Работая с фотополимерами, Халл заметил важное свойство этих материалов: под воздействием ультрафиолетового света жидкий полимер способен затвердевать.
И тогда появилась идея.
А что, если направлять ультрафиолетовый свет не на весь материал сразу, а формировать им отдельные слои будущего предмета?
Сначала один слой.
Затем следующий.
Потом ещё один.
Если повторять этот процесс достаточно долго, из жидкости должен получиться полноценный трёхмерный объект.
Сегодня этот принцип кажется очевидным. В начале 1980-х он был революционным.
Лаборатория после работы
SLA-1 Самый первый 3D принтер
Руководство компании не собиралось финансировать неизвестный эксперимент, поэтому Халл занимался проектом в свободное время.
Днём он работал инженером, а ночами и по выходным возвращался в свою небольшую лабораторию.
Ему приходилось практически создавать всё самостоятельно: экспериментировать с фотополимерами, разрабатывать механику, настраивать ультрафиолетовый источник и писать программное обеспечение.
Первый аппарат совсем не походил на современные 3D-принтеры.
Халл называл его «клуджем» — странной конструкцией, собранной из разных компонентов, которая выглядела нелепо, но при этом работала.
И именно эта машина должна была доказать, что цифровую модель действительно можно превратить в физический объект.
Ночь, когда всё получилось
9 марта 1983 года
9 марта 1983 года Халл снова проводил эксперименты.
До этого материал часто затвердевал неправильно, а отдельные слои плохо соединялись друг с другом. Но в этот раз настройки оказались удачными.
Аппарат начал последовательно отверждать фотополимер, создавая слой за слоем.
Примерно через 45 минут машина остановилась.
На платформе лежал небольшой чашеобразный предмет.
Это был первый успешно созданный Халлом 3D-печатный объект.
Сам Халл назвал его «чашкой для глаз», потому что она напоминала небольшой инструмент, которым пользовалась его жена Антуанетта.
Сегодня эта деталь выглядит совершенно примитивно.
Но тогда она означала нечто невероятное.
Машина впервые автоматически создала физический объект на основе цифровых инструкций.
Не вырезала его.
Не отлила в форму.
Не собрала из отдельных деталей.
Она построила его слой за слоем.
«Теперь мир никогда не будет прежним»
Халл позвонил жене и попросил её приехать в лабораторию.
Антуанетта увидела небольшую пластиковую чашку, которую только что создала машина.
По её воспоминаниям, Халл говорил, что теперь мир никогда не будет прежним.
Они провели ночь, обсуждая будущее технологии.
Тогда они ещё не могли знать, что спустя десятилетия подобные машины будут стоять в квартирах, школах, мастерских и заводах по всему миру.
Как появилась стереолитография
Для новой технологии требовалось название.
Халл объединил понятия «стерео», связанное с объёмом и пространством, и «литография», исторически связанное с печатью.
Так появилось слово stereolithography — стереолитография.
Сегодня эта технология известна как SLA и остаётся одним из главных методов фотополимерной 3D-печати.
Её принцип практически не изменился за десятилетия: жидкий фотополимер последовательно отверждается светом, формируя тонкие слои будущего объекта.
Первый патент
Халл понимал, что эксперимент необходимо превратить в настоящую технологию.
В 1984 году была подана патентная заявка, описывающая способ создания трёхмерных объектов путём последовательного формирования тонких слоёв материала и их отверждения ультрафиолетовым излучением.
Патент US 4,575,330 стал одним из важнейших документов в ранней истории 3D-печати.
Фактически Халл сформулировал принцип, который сегодня знаком каждому пользователю 3D-принтера:
трёхмерный объект можно разделить на множество тонких срезов и последовательно создать их один над другим.
От лаборатории к 3D Systems
В середине 1980-х компания Ultraviolet Products столкнулась с финансовыми трудностями и не хотела вкладывать значительные средства в неизвестную технологию.
Халл решил рискнуть самостоятельно.
В 1986 году он основал компанию 3D Systems.
А уже в 1987 году компания представила SLA-1 — первый коммерческий 3D-принтер.
Это был огромный промышленный аппарат, совершенно не похожий на современные настольные устройства.
Но он открыл новую возможность для инженеров: получать физические прототипы непосредственно из цифровых моделей.
Автомобильная промышленность стала одним из первых заказчиков
Одними из первых преимущества технологии оценили автомобильные компании.
Раньше создание прототипа детали могло занимать много времени и требовать сложной оснастки.
3D-печать позволила значительно ускорить этот процесс.
Инженер мог создать цифровую модель, отправить её на принтер и получить физический прототип для проверки.
Именно поэтому автомобильная промышленность стала одним из первых крупных рынков для 3D-печати.
Для производителей это означало главное — можно было быстрее проверять идеи и быстрее исправлять ошибки.
Формат STL и рождение новой индустрии
Развитие 3D-печати потребовало и нового способа передачи информации о трёхмерных объектах.
Так получил распространение формат STL, описывающий поверхность модели при помощи множества треугольников.
Самое интересное, что этот формат появился ещё в эпоху первых коммерческих 3D-принтеров, но используется до сих пор.
За несколько десятилетий технология прошла огромный путь.
Появились FDM, SLS, DLP и другие методы печати. Развились новые материалы, программное обеспечение и цифровые библиотеки моделей.
А 3D-принтер постепенно перестал быть исключительно промышленным оборудованием.
Он оказался на обычном рабочем столе.
От одной чашки до целой индустрии
В 1980-х 3D-печать была дорогой и сложной технологией, доступной преимущественно крупным компаниям.
Настоящий массовый рост начался спустя десятилетия, когда стали доступнее электроника, программное обеспечение и материалы.
Сегодня 3D-печать используется в автомобилестроении, авиации, медицине, стоматологии, архитектуре, робототехнике и производстве.
И главное изменение заключается в самом подходе к изготовлению вещей.
Традиционное производство часто работает по принципу: взять заготовку и удалить лишнее.
3D-печать делает наоборот — добавляет материал только там, где он нужен.
Именно поэтому её называют аддитивным производством.
Всё началось с маленькой чашки
Прошло больше сорока лет с той ночи.
За это время 3D-печать прошла путь от экспериментальной машины в небольшой лаборатории до огромной мировой индустрии.
Сегодня мы можем скачать цифровую модель, открыть её в слайсере, выбрать материал и через несколько часов получить физический предмет.
Но когда-то всё это было невозможно.
Был только инженер, который ночами экспериментировал с ультрафиолетом и жидким полимером.
И маленькая чашка, напечатанная 9 марта 1983 года.
Она была простой и несовершенной.
Но именно она стала символом момента, когда цифровая модель впервые получила возможность превратиться в реальный объект.
Так началась история 3D-печати.