چاپگر سه‌بعدی

اختراع چاپگر سه‌بعدی

JPS56144478A
هیدئو کوداما

سال‌های زیادی از ظهور فناوری چاپ سه‌بعدی و فراگیر شدن آن در صنایع مختلف نمی‌گذرد. با این حال، پرداختن رسانه‌ها به آخرین نوآوری‌های فناورانه در این زمینه و جلب‌توجه عمومی پیرامون کاربردهای گسترده این فناوری، موجب شده است تا موجی سهمگین از سرمایه‌گذاری و به تبع آن، پیشرفت در توسعه فناوری چاپ سه‌بعدی، به وقوع بپیوندد. با توجه به جذابیت‌های بسیار زیاد این فناوری نسبتاً جدید، مروری تاریخی بر شکل‌گیری و توسعه این اختراع مهم خواهیم داشت.

چاپ سه‌بعدی را یکی از انقلابی‌ترین فناوری‌های قرن بیست و یکم می‌دانند. اما دلیل این امر چیست؟ چاپ سه‌بعدی، چگونه کار می‌کند و چه قابلیت جدیدی در اختیار بشر قرار داده است؟ اگر بخواهیم پاسخی ساده به این پرسش بدهیم، باید گفت که با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی، می‌توان ایده‌های ذهنی را به اشیاء فیزیکی ملموس تبدیل نمود. این قابلیت، می‌تواند توسط مهندسین، صاحبان کسب‌وکارهای کوچک و بزرگ و حتی طیف‌هایی مانند پزشکان و هنرمندان، مورد استفاده قرار گیرد. چاپ سه‌بعدی، نمادی از تغییر سبک زندگی بشر، با کمک فناوری‌های نوین، به‌حساب می‌آید.

اگر بخواهیم نقاط عطف توسعه فناوری چاپ سه‌بعدی را مرور نماییم، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

۱. پیشرفت‌های اولیه:

با وجودی که توسعه و معرفی فناوری چاپ سه‌بعدی، به سال‌های پایانی قرن بیستم باز می‌گردد، با این حال، ایده‌های اولیه که این فناوری بر مبنای آن‌ها شکل گرفته است، در قرن نوزدهم بسط یافتند. در سال ۱۸۵۹ میلادی، «فرانسیس ویلم» فرانسوی، با استفاده از ۲۴ دوربین برای عکس‌برداری هم‌زمان از زوایای مختلف، شکلی اولیه از فناوری چاپ سه‌بعدی را معرفی نمود. چند سال بعد و در سال ۱۸۹۲ میلادی، مخترعی به نام «جوزف بلانت»، موفق به دریافت پتنتی تحت عنوان «روش ایجاد نقشه‌های توپوگرافی سه‌بعدی با استفاده از تکنیک‌های لایه‌بندی» گردید که مشابه با مفهوم چاپگرهای سه‌بعدی امروزی است. هر دو این تحولات، می‌تواند نشانه‌هایی از ظهور فناوری چاپ سه‌بعدی دانست.

۲. تولد فناوری:

اولین تلاش‌ها برای توسعه و معرفی چاپ سه‌بعدی در معنای مدرن آن، در سال‌های ابتدایی ۱۹۸۰ میلادی آغاز شد. در همین زمان بود که نخستین پتنت مرتبط با این فناوری، در ماه می سال ۱۹۸۰ میلادی، از سوی دکتر «هیدئو کوداما»، در ژاپن به ثبت رسید. وی که در مؤسسه تحقیقات صنعتی ناگویا، مشغول به کار بود، ایده خود را مبتنی بر استفاده از مواد فوتوپلیمر و در معرض نور «UV» قرار دادن آن‌ها، تشریح نمود که البته این اختراع، به مرحله تجاری‌سازی نرسید.

۳. تجاری‌سازی نخستین دستگاه چاپ سه‌بعدی:

در سال ۱۹۸۶ میلادی، «چاک هیول»، موفق به اختراع تکنیکی جدید، به نام «SLA» شد که از طریق آن، با استفاده از لیزر، قابلیت چاپ اشیاء به صورت لایه‌لایه و تشکیل پلیمر وجود داشت. وی در ادامه، شرکتی به نام «3D Systems Corporation» تأسیس نمود و به دنبال آن، نخستین دستگاه چاپ سه‌بعدی در جهان، به نام «SLA-1» را به بازار معرفی نمود.

۴. معرفی چاپگرهای سه‌بعدی «SLS»:

در سال ۱۹۸۷ میلادی، «کارل دکارد» از دانشگاه تگزاس، توانست روش جدیدی برای اتصال پودرهای نامنظم و تشکیل یک شیء جامد توسعه دهد که اصطلاحاً «SLS» نامیده می‌شد. اولین ماشین ابداعی وی، «Betsy» نام داشت که البته تجاری‌سازی چاپگرهای سه‌بعدی مبتنی بر این روش، تا سال ۲۰۰۶ میلادی و ارائه نخستین چاپگرهای «SLS» قابل‌اعتماد، به طول انجامید.

۵. ظهور تکنیک «FDM»:

در سال ۱۹۸۹ میلادی، «اسکات کرامپ»، با همراهی همسر مخترعش، «لیزا کرامپ»، روش جدیدی از تولید افزودنی، به نام «Fused Deposition Modeling» را توسعه داده و به ثبت رسانید. «FDM»، مبتنی بر ذوب پلیمر و قرار دادن آن بر روی یک بستر به صورت لایه‌لایه است که منجر به ایجاد یک شیء سه‌بعدی می‌گردد. ایده اولیه برای این فناوری، یک سال قبل و در حالی که کرامپ قصد داشت با استفاده از مخلوطی از پلی‌اتیلن و موم، یک قورباغه اسباب‌بازی برای دخترش ایجاد کند، به ذهنش خطور کرد. وی توانست با استفاده از مجموعه‌ای از لایه‌های نازک انعطاف‌پذیر بر روی یکدیگر، راهی برای پردازش خودکار و ایجاد شیء فیزیکی توسعه دهد. اختراع فوق، مبنای تأسیس شرکت «Stratasys» شد که در حال حاضر، یکی از برجسته‌ترین شرکت‌های ساخت افزوده محسوب می‌شود.

۶. ظهور بیوپرینترهای سه‌بعدی:

در سال ۱۹۹۹ میلادی، استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی در جراحی‌ها (تولید مثانه مصنوعی از طریق «CT» اسکن مثانه بیمار و کشت نمونه‌های بافتی بر روی آن)، در مؤسسه «Wake Forest»، نقطه عطفی در تولد کاربردهای پزشکی فناوری چاپ سه‌بعدی گردید. علاوه بر این، در سال ۲۰۰۸ میلادی، اولین پروتز چاپ سه‌بعدی پا، ساخته شد که امروزه به صورت گسترده‌ای در اقصی نقاط جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد.

۷. انقلاب «RepRap»:

در سال ۲۰۰۴ میلادی، «آدریان بویر»، اقدام به تعریف پروژه‌ای به نام «RepRap» نمود که یک پروژه منبع باز برای ساخت چاپگری سه‌بعدی بود که قابلیت ساخت بسیاری از اجزای خود را داشت. طراحی نخستین چاپگر سه‌بعدی با این قابلیت، در سال ۲۰۰۷ میلادی، با نام «Darwin» تکمیل گردید. نسخه‌های بعدی نیز، با نام‌هایی مانند «Mendel» و «Huxley» معرفی شدند که این نام‌گذاری‌ها، برگرفته از نام «چالز داروین»، زیست‌شناس مشهور و «گرگور مندل»، پدر علم ژنتیک است.

۸. چاپ سه‌بعدی مبتنی بر تقاضا:

یکی دیگر از تحولات عمده در مسیر پیشرفت فناوری چاپ سه‌بعدی، راه‌اندازی سرویس «Shapeways» بود که در سال ۲۰۰۸ میلادی در هلند رخ داد. با استفاده از این سرویس، افراد می‌توانستند فایل‌های «3D» خود را ارائه نموده و سپس، شرکت آن‌ها را چاپ نموده و برای آن‌ها ارسال می‌نمود. این قابلیت، موجب ارتباط گسترده مخاطبین عام، از جمله هنرمندان و معماران، با فناوری چاپ سه‌بعدی و تسریع در تجاری‌سازی آن گردید.

گفتنی است، در طی یک دهه اخیر، فناوری چاپ سه‌بعدی به شدت مورد توجه قرار گرفته و هر روز در گوشه‌ای از جهان، پیشرفتی جدید در آن معرفی می‌گردد.