एक छोटे कप से लेकर ऊंची इमारतों तक: कैसे 3डी प्रिंटिंग तकनीक बदल गई है
अनेक वस्तुओं का संग्रह / / June 13, 2023
3डी प्रिंटर 40 साल से भी कम समय पहले दिखाई दिए थे, लेकिन जीवन के विभिन्न क्षेत्रों पर पहले से ही महत्वपूर्ण प्रभाव डाल चुके हैं। हम आपको बताते हैं कि 3डी प्रिंटिंग की संभावनाएं कैसे विकसित हुई हैं और आज यह क्या करने में सक्षम है।
1980 के दशक की शुरुआत: पहला प्रयोग
पहली 3डी प्रिंटिंग तकनीक की पेशकश की 1981 में जापानी हिदेओ कोडामा। सच है, इसे तब 3 डी प्रिंटिंग नहीं, बल्कि रैपिड प्रोटोटाइप कहा जाता था। कोडामा एक उपकरण के साथ आया जो स्टीरियोलिथोग्राफी (एसएलए) विधि के अनुसार काम करता है: एक लेजर ने एक फोटोपॉलीमर राल को विकिरणित किया, परतों में एक क्रमादेशित वस्तु बिछाई। हालाँकि, उन्होंने केवल इस विचार का वर्णन किया, लेकिन वे पेटेंट प्राप्त करने के लिए आवश्यक साक्ष्य प्रदान नहीं कर सके।
लगभग उसी समय, स्वतंत्र रूप से त्वरित प्रोटोटाइप के लिए एक उपकरण पर काम शुरू हुआ अमेरिकी इंजीनियर चार्ल्स हल और फ्रांसीसी इंजीनियर जीन-क्लाउड आंद्रे, एलेन ले मेहो और ओलिवियर डी विट। दोनों ही मामलों में सफलता मिली। 1984 में, शोधकर्ताओं ने पेटेंट के लिए आवेदन किया। फ्रांसीसी तीन सप्ताह आगे थे, लेकिन इससे उन्हें मदद नहीं मिली - उनके प्रस्ताव को अप्रमाणिक माना गया, इसलिए उन्होंने प्रौद्योगिकी के विकास में निवेश नहीं किया। लेकिन हल सफल रहा, यही वजह है कि उसे 3डी प्रिंटिंग का आविष्कारक माना जाता है।
हल का पहला मुद्रित टुकड़ा एक छोटा कप था। उसने इंजीनियर को आंखों की बूंदों को टपकाने के उपकरण की याद दिलाई, उसकी पत्नी - कम्युनिकेशन के लिए एक कटोरी।
1986 में, हल, भागीदारों के साथ बनाया था 3डी सिस्टम कॉर्पोरेशन। एक साल बाद, उन्होंने पहला बड़े पैमाने पर उत्पादित 3डी प्रिंटर, एसएलए-1 जारी किया। आविष्कार ने शुरू में कार कंपनियों को आकर्षित किया: डिवाइस की मदद से, उन्होंने छोटे भागों के प्रोटोटाइप मुद्रित किए, जैसे दरवाज़े के हैंडल।
1980 और 1990 के दशक के मध्य: अन्य 3डी प्रिंटिंग विधियों का उदय
20वीं सदी के अंत में, कई और 3डी प्रिंटिंग प्रौद्योगिकियां सामने आईं। पहला - चयनात्मक लेजर सिंटरिंग (SLS). यहाँ, रेजिन नहीं, बल्कि थोक पदार्थ "स्याही" के रूप में उपयोग किए जाते हैं। प्रौद्योगिकी लेखक कार्ल डेकार्ड विकसित उसे टेक्सास विश्वविद्यालय में एक मास्टर छात्र के रूप में। प्रोफेसर जोसेफ बेमन ने उन्हें डिवाइस बनाने में मदद की। SLS 3D प्रिंटर द्वारा मुद्रित पहली वस्तु एक घन है। 1988 में, डेकार्ड ने आविष्कार का पेटेंट कराया और डेस्क टॉप मैन्युफैक्चरिंग की स्थापना की।
एक साल बाद दिखाई दिया फ्यूज्ड डिपोजिशन मेथड (FDM). इस मामले में "स्याही" फिलामेंट के रूप में थर्माप्लास्टिक पॉलिमर है। वे एक कुंडल पर लपेटे जाते हैं और डिवाइस के अंदर रखे जाते हैं। पॉलिमर को फिर गर्म किया जाता है और प्रोग्राम किए गए आकार में डाल दिया जाता है। ऐसे 3डी प्रिंटिंग के लेखक इंजीनियर स्कॉट क्रंप हैं। इसके विचार के लिए के लिए प्रेरित किया जीवनानुभव। क्रम्प ने एक ऐसी कंपनी के लिए काम किया जो पीसीबी अनलोडर बनाने की योजना बना रही थी। लेकिन चीजें योजना के अनुसार नहीं हुईं। प्रोटोटाइपिंग में काफी समय लगा, नतीजतन, कंपनी ने बाजार में प्रवेश करने का मौका खो दिया। तब इंजीनियर ने ऐसी प्रक्रियाओं को गति देने का एक तरीका खोजने का फैसला किया। उन्होंने रसोई में प्रयोग करना शुरू किया: एक गर्म गोंद बंदूक और अर्ध-ठोस प्लास्टिक जैल से लैस होकर, उन्होंने अपनी बेटी के लिए एक खिलौना मेंढक बनाया। 1989 में, उन्होंने डिवाइस के कई मॉडल बनाए, एक पेटेंट प्राप्त किया और स्ट्रैटासिस FDM 3D प्रिंटर के उत्पादन के लिए एक कंपनी खोली।
पहला FDM प्रिंटर 1991 में दिखाई दिया। अब यह साथ हैअत्यन्त साधारण 3डी प्रिंटिंग तकनीक।
निम्न विधि है प्रत्यक्ष लेजर विकास (LMD). उसका साथ आया 1990 के दशक में Sandia National Laboratories (USA) के शोधकर्ता। यहाँ धातु का उपयोग पाउडर या तार के धागे के रूप में छपाई सामग्री के रूप में किया जाता है। LMD का उपयोग उद्योग में किया जाता है - उदाहरण के लिए, पुर्जे बनाने के लिए। काफी बड़े भी। उदाहरण के लिए, इस तकनीक के साथ रूस में सबसे बड़ा 3डी प्रिंटर निर्माण करने में सक्षम 2.2 मीटर व्यास और एक मीटर ऊंचाई के पैरामीटर वाले उत्पाद। स्थापना को "ILIST-2XL" कहा जाता है, और इसे रोसाटॉम में बनाया गया था।
1990 और 2000 के दशक के उत्तरार्ध: बायोप्रिंटिंग का जन्म
प्रौद्योगिकी के आगमन के लगभग तुरंत बाद चिकित्सा में 3डी प्रिंटिंग की संभावनाओं पर ध्यान दिया गया। इस क्षेत्र में पहला प्रयोग आयोजित 1999 में हार्वर्ड मेडिकल स्कूल में बोस्टन चिल्ड्रन हॉस्पिटल के शोधकर्ताओं द्वारा। एक प्रिंटर का उपयोग करके, उन्होंने कोलेजन और पॉलिमर से मूत्राशय मचान बनाया। और फिर उन्होंने मैन्युअल रूप से रोगियों से दाता कोशिकाओं को उस पर रखा।
ट्रू बायोप्रिंटिंग 2003 में दिखाई दी। प्रौद्योगिकी के लेखक अमेरिकी बायोइन्जीनियर थॉमस बोलैंड हैं। वह जगह ले ली वास्तविक जीवित कोशिकाओं के साथ एक तरल पर "स्याही", और उन्हें रखने के लिए आधार के रूप में एक विशेष सब्सट्रेट का उपयोग किया। नतीजतन, वह बैक्टीरिया और स्तनधारियों की कोशिकाओं को प्रिंट करने में कामयाब रहे। प्रौद्योगिकी पेटेंट प्राप्त 2006 वर्ष में।
शून्य में उसी दिशा में काम प्रोफेसर गैबोर फोर्गाच के नेतृत्व में वैज्ञानिकों का एक समूह। 2007 में सैन डिएगो में ऑर्गेनोवा के लॉन्च के साथ उनकी नोवोजेन बायोप्रिंटिंग तकनीक व्यावसायिक सफलता हासिल करने वाली पहली थी। दो साल बाद वहाँ मुक्त नोवोजेन एमएमएक्स पहले वाणिज्यिक 3डी बायोप्रिंटर में से एक है।
2000 के दशक के मध्य: बजट 3डी प्रिंटर का निर्माण
लंबे समय तक, 3डी प्रिंटर बड़े पैमाने पर और महंगे थे। इसलिए, घर के लिए ऐसा उपकरण खरीदना असंभव लग रहा था। स्थिति बदलें तय ब्रिटिश व्याख्याता एड्रियन बाउर। जिस विश्वविद्यालय में उन्होंने काम किया उसके पास £40,000 का 3डी प्रिंटर था, जो उस समय का सबसे सस्ता प्रिंटर था। लेकिन बाउर ने इसे और भी बजट के अनुकूल बनाने का सपना देखा। 2005 में, वह एक कॉम्पैक्ट 3डी प्रिंटर रेपरैप के लिए विचार के साथ आया, जो इसके अधिकांश भागों को बना सकता था। इस तरह की एक मशीन होने से, इसी तरह की कई और मशीनें बनाना संभव होगा।
उसी 2005 में, बाउर ने अपने विचार को लागू करने के लिए धन प्राप्त किया और इसके बारे में वेब पर बात की। RepRap एक ओपन सोर्स प्रोजेक्ट है: इंटरनेट पर कोई भी व्यक्ति अपनी इच्छानुसार इसे संशोधित और संशोधित कर सकता है। अवधारणा जल्दी लोकप्रिय हो गई। 2008 में जारी किया गया था रेपराप का पहला मॉडल डार्विन है। यह तारों और फास्टनरों के साथ एक फ्रेम जैसा दिखता था। वह बहुत सुंदर नहीं था, लेकिन काफी कार्यात्मक था: वह अपने कुछ हिस्सों और अन्य वस्तुओं को प्रिंट कर सकता था, जैसे कार फोन धारक।
रिप्रैप अकेला ऐसा प्रोजेक्ट नहीं है। 2006 में, कॉर्नेल विश्वविद्यालय में छात्र प्रस्तुत ओपन सोर्स 3डी प्रिंटर - फैब@होम। इसके साथ उन्होंने जो पहली चीजें बनाईं उनमें एक सिलिकॉन घड़ी का पट्टा और एक छोटा प्रोपेलर था।
2010 की शुरुआत: 3डी कृत्रिम अंगों का विकास
2013 में, कठपुतली कलाकार इवान ओवेन बनाया था पहला 3डी प्रिंटेड कृत्रिम हाथ। उन्होंने न केवल जिज्ञासा से बाहर प्रौद्योगिकी के साथ प्रयोग करना शुरू किया। ओवेन को एक महिला ने संपर्क किया था जिसका बेटा उसके दाहिने हाथ की उंगलियों के बिना पैदा हुआ था। उस समय तक लड़का पहले से ही पांच साल का था। सबसे पहले, कलाकार ने धातु जैसी परिचित सामग्रियों की ओर देखा और उनसे पहला प्रोटोटाइप भी बनाया। लेकिन जल्द ही मुझे एहसास हुआ कि बच्चा तेजी से बढ़ रहा है, और हर साल हाथ फिर से करना बहुत श्रमसाध्य है। इसलिए ओवेन ने 3डी प्रिंटिंग में देखना शुरू किया, एक तकनीकी कंपनी से एक अच्छे कारण के लिए कुछ प्रिंटर मांगे, और एक कंप्यूटर पर हाथ लगाना शुरू कर दिया। सब कुछ ठीक हो गया - हाथ मजबूत और मोबाइल निकला।
ओवेन ने आविष्कार का लाइसेंस नहीं दिया था। इसके बजाय, उन्होंने परियोजना को सार्वजनिक डोमेन में पोस्ट किया ताकि अन्य लोग अपने लिए एक कृत्रिम अंग बना सकें।
2010 के अंत में: मुद्रित घरों का निर्माण
यह विचार कि एक बड़ा 3डी प्रिंटर क्लासिक उपकरणों की तुलना में घरों को तेजी से और कम श्रम-गहन बनाना संभव बनाता है, चर्चा की 20वीं शताब्दी के अंत तक। 2000 के दशक में, उन्होंने उपयुक्त मशीनों और तकनीकों को विकसित करना शुरू किया, और 2010 के दशक में, पहले मुद्रित घर पहले ही दिखाई दे चुके थे। उदाहरण के लिए, 2015 में, चीनी कंपनी WinSun बनाना छह मंजिला बिल्डिंग प्रिंटर का उपयोग करना। 2016 में दुबई में दिखाई दिया कस्टम-आकार का कार्यालय: आसानी से कस्टम डिज़ाइन बनाने की क्षमता निर्माण में 3डी प्रिंटिंग के फायदों में से एक है।
2017 में, इस तकनीक का उपयोग करके निर्मित पहली आवासीय इमारतें रूस में - में दिखाई दीं स्टुपिनो और यरोस्लाव. और 2022 में मेन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने 12 घंटे में बनाया था पहला घर पूरी तरह से बायोमैटेरियल्स - लकड़ी के फाइबर और रेजिन से मुद्रित होता है। "स्याही" के निर्माण का एक बड़ा चयन 3डी प्रिंटिंग का एक और प्लस है। इन उद्देश्यों के लिए, उदाहरण के लिए, कंक्रीट, रेत, ज्वालामुखीय राख और चावल की भूसी का उपयोग किया जाता है।
अब क्या?
आज, 3डी प्रिंटिंग का विभिन्न क्षेत्रों में सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। इसकी मदद से वे कपड़े, अनुसंधान उपकरण, प्रत्यारोपण और यहां तक कि भोजन भी बनाते हैं। प्रौद्योगिकी की क्षमताओं का सक्रिय रूप से पता लगाया जा रहा है, और इसकी कई संभावनाएं हैं। हाँ, वैज्ञानिक कल्पना करनाकि भविष्य में प्रिंटर किसी व्यक्ति के अंदर सीधे प्रिंट करने में सक्षम होगा, हड्डी या उपास्थि के क्षतिग्रस्त क्षेत्र को जितनी जल्दी हो सके बदल देगा। इन-विवो अनुप्रयोगों के लिए पहले से ही छोटे उपकरणों के उदाहरण हैं। ऐसे के लिए इसपर लागू होता है एंडोस्कोपिक रोबोटिक प्रिंटर F3DB, सिडनी के इंजीनियरों द्वारा बनाया गया। और अगर शोधकर्ताओं को 3डी अंगों को प्रोग्राम करने का एक तरीका मिल जाता है ताकि वे तंत्रिका और परिसंचरण तंत्र में मूल रूप से फिट हो जाएं, सफल होना दाता सहायता के लिए प्रतीक्षा सूची को महत्वपूर्ण रूप से कम करना।