Краткая история 3D-печати

Появление первых устройств-предвестников 3D-принтеров относится к началу 1980-х годов, когда доктор Хидео Кодама в Японии разработал систему быстрого прототипирования с использованием фотополимеров. Принцип работы аппаратов был таким же, как и в современных 3D-принтерах – распечатанный объект создавался послойно в соответствии с моделью.

Настоящим прорывом в этой области стало изобретение стереолитографии Чарльзом Халлом в 1984 году. Благодаря этой технологии появилась возможность производить на 3D-принтерах объекты по цифровым проектам (изображениям). В качестве материала также использовался фотополимер, жидкое вещество на основе акрила. Под воздействием лучей УФ-лазера материал моментально застывал и превращался в пластиковый объект, принимая необходимую форму. Разумеется, это изобретение произвело переворот в среде разработчиков, которые теперь могли создавать прототипы с гораздо меньшими издержками.

В начале 1990-х годов компания Чарльза Халла, 3D Systems Corporation (которая и сегодня является одним из лидеров отрасли) начала производство аппаратов, работающих по технологии лазерной стереолитографии из фотополимеров (SLA). В то же время, стартап DTM получил патент на изобретенную Карлом Декардом (из Техасского университета) технологию селективного лазерного спекания (SLS), где вместо жидкого материала воздействию лазера подвергался порошок. Третья технология, моделирование методом наплавления (FDM), была разработана в тот период под руководством Скотта Крампа в компании Stratasys и используется до сих пор, в основном, в базовых моделях 3D-принтеров. Разумеется, самые первые аппараты не были совершенными, при затвердевании материала объект часто искривлялся. Несмотря на свои недостатки и высокую стоимость, такие технологии, как стереолитография, безусловно, обладают огромным потенциалом, который продолжает исследоваться и сейчас.

Следующее десятилетие было отмечено рядом важнейших событий с точки зрения применения технологий 3D-печати в медицине. Первым из них стала успешная имплантация мочевого пузыря, напечатанного на 3D-принтере. Готовый орган был покрыт клетками самого пациента, что практически сводило к нулю шансы на отторжение имплантата. Впоследствии было объявлено о создании полностью функционирующей уменьшенной копии почки, однако это заявление было опровергнуто. Даже сейчас ученые признают, что создание полностью функционирующих сложных органов, таких как почки или печень, пригодных для трансплантации, будет возможно не раньше, чем через несколько лет или даже десятилетий. Разными исследователями создавалась модель почки, но основной проблемой остается система крупных и мелких кровеносных сосудов, поскольку без нее орган не сможет функционировать в теле пациента. Тем не менее, значительные успехи отмечались в создании более простых органов, хрящей и кровеносных сосудов, распечатанных на 3D-принтере с использованием только человеческих клеток в качестве материала, не говоря уже о костных имплантатах. Это направление исследований стремительно развивается, например, с внедрением печати живой тканью и разработками в сфере протезов со сложной конструкцией, не требующих сборки.

В дальнейшем в развитии технологий 3D-печати наметилось два основных направления. Первое – это высокотехнологичные исследования, в рамках которых создаются очень дорогостоящие системы 3D-принтеров, предназначенные для производства сложных и специальных деталей. Эта сфера развивается и сейчас, а результаты разработок применяются в аэрокосмической отрасли, автомобилестроении, медицине и ювелирной промышленности. Многие исследования такого рода остаются засекреченными и защищены условиями неразглашения информации.

С другой стороны, противоположная тенденция – развитие повседневного функционала 3D-принтеров, что сделало их доступными более широкой аудитории. Был начат процесс внедрения открытых разработок, расширения спектра используемых материалов, повышения скорости и точности устройств и сокращения издержек. Важнейшей инициативой с точки зрения демократизации 3D-печати стал запущенный доктором Адрианом Боуэром проект RepRap, идея которого – создать 3D-принтер, производящий собственные детали. Таким образом, устройство фактически воспроизводит само себя, становится широкодоступным и недорогим, что дает многим людям возможность пользоваться достижениями 3D-печати на бытовом уровне, у себя дома.

В результате ценовой войны среди игроков рынка стоимость 3D-принтера для потребителя продолжает падать и достигать рекордно низких отметок. В то же время продолжается стремительное развитие технологий и внедрение инноваций. Количество новых разработок, представляемых ежедневно, поражает воображение, и трудно сказать, в каких отраслях 3D-печать еще не применяется. Во времена первых 3D-принтеров невозможно было представить себе, какие горизонты откроет эта технология уже через пару десятилетий. Многие называют это новой промышленной революцией – и все только начинается.