Stampa 3D: una delle tecnologie nanfatturatorie più rivoluzionarie del 21 ° secolo

Quando hai sentito per la prima volta le parole "Stampa 3D", hai immaginato una tecnologia super futuristica che appare spesso nei film di fantascienza? Tuttavia, che ci crediate o no, la stampa 3D è in circolazione da quasi 40 anni.

La stampa tridimensionale (3D) è un processo di produzione additiva che crea un oggetto fisico da un progetto digitale. Il processo funziona stendendo sottili strati di materiale sotto forma di plastica liquida o in polvere, metallo o cemento, e quindi fondendo gli strati insieme.

Ecco una rapida timeline di stampa 3D dal 1940 ad oggi.

Anni 1940: Concetto

In effetti, la stampa 3D esiste nel concetto dal 1945 - Murray Leinster ha spiegato il termine nel suo racconto del 1945 Things Pass By, "Ma questo costruttore è sia efficiente che flessibile. Io nutro le plastiche magnetotroniche – le cose che fanno case e navi di oggi – in questo braccio mobile. Realizza disegni in aria seguendo i disegni che scansiona con le fotocellule. Ma la plastica esce dall'estremità del braccio di disegno e si indurisce man mano che viene ... solo seguendo i disegni."

Anni 1980: Nascita

Le prime iterazioni documentate della stampa 3D possono essere fatte risalire ai primi anni 1980 in Giappone. Nel 1981, il Dr. Hideo Kodama presso l'Istituto Municipale di Ricerca Industriale di Nagoya pubblicò dettagli riguardanti una tecnica di "prototipazione rapida". Questa ricerca è stata la prima parte di letteratura a descrivere l'approccio strato per strato così intrinseco alla stampa 3D. La sua ricerca ha coinvolto la stampa di fotopolimeri utilizzando un metodo che ha preceduto la stereolitografia e ha anche parlato di fette trasversali di strati che si trovano uno sopra l'altro per formare l'oggetto 3D. Tuttavia, il Dr. Kodama non ha soddisfatto la domanda di brevetto prima della sua scadenza e non ha mai ottenuto il brevetto.

Pochi anni dopo, un trio di ingegneri francesi Alain Le Méhauté, Olivier de Witte e Jean Claude Andréwas stava cercando di creare una macchina per la prototipazione rapida. Invece della resina, hanno cercato di creare un sistema che polimerizzasse i monomeri liquidi in solidi usando un laser. Hanno depositato un brevetto per il processo di stereolitografia, ma abbandonato a causa della mancanza di prospettiva aziendale.

Fu Chuck Hull a costruire la prima stampante 3D. Ha presentato il primo brevetto per la stereolitografia (SLA) nel 1986, ha fondato la 3D Systems Corporation e nel 1988 ha rilasciato lo SLA-1, il loro primo prodotto commerciale. Questa macchina ha permesso di fabbricare parti complesse, strato per strato, in una frazione del tempo normalmente necessario. Hull ha continuato a depositare più di 60 brevetti intorno alla tecnologia, diventando il padrino del movimento di prototipazione rapida e inventando il formato di file STL che è ancora in uso oggi.

SLA non è stato l'unico processo di produzione additiva esplorato durante questo periodo. Nel 1988, presso l'Università del Texas, Carl Deckard ha portato un brevetto per la tecnologia SLS, un'altra tecnica di stampa 3D in cui i grani di polvere sono fusi insieme localmente da un laser. Nel frattempo, anche il Fused Deposition Modeling (FDM) è stato brevettato da Scott Crump. Il metodo prevedeva la fusione di un filamento polimerico e il suo deposito su un substrato, strato per strato, per creare un oggetto 3D.

Anni 1990 - 2000: Crescita

Nel 1990, molte aziende e startup hanno iniziato a spuntare e sperimentare le diverse tecnologie di produzione additiva. Durante questo periodo, le macchine erano molto diverse da quelle che usiamo ora. Erano difficili da usare, costosi e molte delle stampe finali richiedevano molta post-elaborazione.

Nel 2004, il Dr. Adrian Bowyer, docente senior di ingegneria meccanica presso l'Università di Bath nel Regno Unito, ha fondato il progetto RepRap. Era un progetto open source che mirava a costruire una stampante 3D in grado di stampare la maggior parte delle proprie parti. L'idea alla base era quella di democratizzare la stampa 3D rendendo la tecnologia disponibile alle persone di tutto il mondo.

Il 2009 è stato l'anno in cui i brevetti FDM sono diventati di dominio pubblico, aprendo la strada a un'ampia ondata di innovazione nelle stampanti 3D FDM, un calo del prezzo delle stampanti 3D desktop e, di conseguenza, poiché la tecnologia era più accessibile, una maggiore visibilità.

Stampa 3D ora: Prime

Oggi, i prezzi delle stampanti 3D hanno iniziato a diminuire, rendendole disponibili al grande pubblico. Insieme all'abbassamento dei prezzi, anche la qualità e la facilità di stampa sono aumentate.

La stampa 3D viene utilizzata in una varietà di campi. Gli scienziati dell'Università di Southampton hanno pilotato il primo velivolo senza pilota stampato in 3D al mondo; i produttori di un'auto stampata in 3D hanno raggiunto fino a 200 mpg con un motore ibrido gas / elettrico; e una start-up specializzata nella costruzione di strutture viventi ecologiche ha ideato un habitat creato da robot adatto a vivere su Marte.

Le scoperte nella stampa 3D stanno accadendo più velocemente che mai. Il suo enorme impatto e il grande potenziale stanno cambiando la nostra vita.