تاریخچه پرینترهای سه بعدی و توسعه آنها در گذر زمان

تاریخچه پرینترهای سه بعدی و توسعه آنها در گذر زمان

از مهم‌ترین و انقلابی‌ترین فناوری‌های سال‌های اخیر می‌توان به چاپ سه بعدی اشاره کرد. جالب است بدانید که تاریخچه این فناوری محدود به قرن ۲۱ نیست و به دهه ۸۰ قرن بیستم بازمی‌گردد. برخی از پژوهشگران نیز تاریخ‌های قدیمی‌تری همچون قرن نوزدهم را برای این فناوری در نظر گرفته‌اند. در این مقاله می‌خواهیم سفری در زمان داشته باشیم و به تاریخچه پرینترهای سه بعدی بپردازیم، پس این مطلب را از دست ندهید.

 

نقطه آغاز پرینترهای سه بعدی

 

 

نقطه آغاز پرینترهای سه بعدی
نقطه آغاز پرینترهای سه بعدی

 

اولین ایده‌های مربوط به پرینترهای سه بعدی در قرن ۱۹ ایجاد شد. برای بررسی تاریخچه پرینترهای سه بعدی باید به سال ۱۸۶۰ بازگردیم، زمانی که یک عکاس پاریسی به نام فرانس ویلم روشی نو را برای ایجاد مجسمه از تصاویر پرتره خلق کرد.

 

این عکاس خلاق و مبتکر با استفاده از فناوری‌های محدود و ابتدایی آن زمان این کار را انجام داد. او اختراع خود را مجسمه سازی مکانیکی نام نهاد زیرا برای ساختن یک مجسمه در این روش، تنها به یک مجموعه عکس و دستگاه پانتوگراف نیاز است.

 

این روش نسبت به روش‌های سنتی رایج در آن زمان نیز بسیار سریع بود. فرانس ویلم تنها در عرض چند ساعت می‌توانست یک مجسمه خلق کند، در صورتی که روش‌های سنتی ماه‌ها زمان می‌برد و نیاز به مهارت و تجربه بسیار داشت. در واقع ایده او، نقطه عطفی در پرینترهای سه بعدی به شمار می‌رود.

 

ابتدا باید سوژه که می‌تواند جاندار یا بی جان باشد در مرکز یک محیط دایره‌ای شکل قرار بگیرد. سپس باید به تعداد بالا از سوژه عکس برداری شود.

 

پس از اتمام عکاسی، باید این عکس‌ها چاپ شوند. در مرحله بعدی با بهره گیری از دستگاه پانتوگراف این عکس‌ها بر روی ورقه‌هایی از جنس چوب، فلز یا سنگ ترسیم می‌شوند. لازم است به توضیح پانتوگراف هم بپردازیم. این وسیله از تعدادی میله و مفصل ساخته شده است که کاربرد آن در کپی کردن تصاویر در ابعاد کوچک است.

 

این عکاس فرانسوی پس از چاپ عکس‌ها، آنها را به دقت و با در نظر گرفتن خطوط امتداد اره می‌کرد. تمامی این مراحل باید برای تمامی عکس‌ها انجام شود و سپس تمامی قطعات برش خورده با یکدیگر ترکیب می‌شدند و به این ترتیب یک مجسمه خلق می‌شد. فرانس ویلم این روش را بهبود بخشید و از این تکنیک برای ایجاد قالب گیری و ریخته گری استفاده کرد.

 

۱۹۷۰، آغاز ایده پردازی های اولیه

 

یکی از مهم‌ترین بازه‌های زمانی در تاریخچه پرینترهای سه بعدی این دهه است. در اولین سال‌های دهه ۷۰، شرکت میتسوبیشی موتورز این ایده را عرضه کرد که می‌توان از متریال سخت شده جهت ساخت لایه به لایه قطعات بهره گرفت.

 

در این دهه مخترعین سعی داشتند تا از مواد مختلف به عنوان جوهر دستگاه‌های پرینتر سه بعدی استفاده کنند. مواد مختلفی به عنوان جوهر این دستگاه‌ها در آن زمان موجود بوده‌اند اما قیمت این مواد گران بود و در نتیجه استفاده از آنها چندان رواج نداشت. رایج‌ترین ماده به عنوان جوهر دستگاه پرینتر سه بعدی آلیاژ فلز رسانا بود.

 

در هنگام بررسی تاریخچه پرینترهای سه بعدی به دو دستگاه اثر گذار و نسبتا پایه‌ای برخورد می‌کنیم. اولین دستگاه اختراع یوهانس اف. گوتوالد بود. این دستگاه اولین نمونه پرینتر سه بعدی یا نمونه سازی سریع به شمار می‌رود. البته این اختراع معایب زیادی داشت که از جمله آنها می‌توان به هزینه بالا، فرایندهای پیچیده و محدودیت‌های هندسی اشاره کرد.

 

این دستگاه نتوانست پیشرفت زیادی داشته باشد و بیشتر به عنوان پایه طرح‌های بعدی قرار گرفت. حدود سه سال بعد دیوید ای. جونز در روزنامه خود مفهوم ۳D print صحبت کرد و مخاطبان عمومی را با این اصطلاح آشنا کرد.

 

 

همه چیز در مورد تاریخچه پرینترهای سه بعدی
همه چیز در مورد تاریخچه پرینترهای سه بعدی

 

۱۹۸۰، ایده‌ها و اختراع‌های نافرجام

 

مخترعین ژاپنی نقشی بسیار تاثیر گذار را در تاریخچه پرینترهای سه بعدی ایفا کردند. یکی از این مخترعین دکتر هیدئو کوداما بود. او اولین فردی بود که درخواست خود مبنی بر ثبت اختراع سیستم پرداخت رزین با استفاده از لیزر را ارائه کرد.

 

هیدئو کوداما موفق شد یک الگو برای ساخت مدل‌های سه بعدی با استفاده از پلیمر ارائه کند. در این دستگاه ماده پلیمر با استفاده از اشعه UV ذوب می‌شد. سپس این محقق ژاپنی در سال ۱۹۸۱ یافته‌های خود را در دو مقاله منتشر کرد.

 

جامعه علمی آن دوران به مقاله‌های منتشر شده توجهی نکرد و نتوانست سرمایه گذار خوبی را برای ایده خود جذب کند. لازم به ذکر است که بودجه تحقیقاتی که او درخواست کرده بود مبلغ هنگفتی بود. به همین دلیل پروژه او بدون هیچ فرصتی برای اجرا خاتمه یافت.

 

ایالات متحده آمریکا ( ۱۹۸۴-۱۹۸۸)

 

سال‌های بین ۱۹۸۴ تا ۱۹۸۸ سال‌هایی مهم در تاریخچه پرینترهای سه بعدی به شمار می‌روند. بیل مسترز، کارآفرین آمریکایی درخواست ثبت اختراع خود را تحت عنوان یک فرایند تولید خودکار ارائه کرد. دستگاه او یکی از سه دستگاه‌هایی بود که اساس و پایه پرینترهای سه بعدی امروزی را تشکیل می‌دهند.

 

رابرت هاوارد در سال ۱۹۸۴ شرکت Howtek را تاسیس کرد که در این شرکت با بهره گیری از جوهر ترموپلاستیک بر روی چاپگرهای دوبعدی کار می‌کردند. این شرکت مجموعه‌ای از افراد شرکت‌های دیگر همچون  Exxon و Danbury System بودند که نمونه‌های اولیه پرینترهای سه بعدی امروزی را تولید کردند.

 

۱۹۸۴: اختراع استریولیتوگرافی

 

یکی دیگر از افراد مهم در تاریخچه پرینترهای سه بعدی چاک هال است. او در دبیرستان مرکزی گرند جانکشن کلورادو دوران دبیرستان خود را سپری کرد و سپس از دانشگاه کلورادو با مدرک کارشناسی مهندسی فیزیک فارغ‌التحصیل شد. این محقق ۹۳ حق ثبت اختراع در آمریکا و ۲۰ مورد حق امتیاز در اروپا را در کارنامه خود دارد.

 

چاک هال در سال ۱۹۸۳ مشغول فعالیت در شرکتی بود که با بهره گیری از لامپ‌های UV به تولید روکش میز و مبلمان می‌پرداختند. مشکل هال با این فرایند، طولانی بودن روند کانسپت‌های پلاستیکی کوچک بود.

 

او تصمیم گرفت که برای این مشکل چاره‌ای بیندیشد و در نتیجه پیشنهاد استفاده از لامپ‌های UV جهت پرداخت لایه به لایه رزین حساس به نور را ارائه کرد. خوشبختانه مدیریت سازمان از پیشنهاد او استقبال کرد و حتی یک آزمایشگاه جهت پرداخت بیشتر ایده در اختیار او قرار داد.

 

هال موفق شد پس از ماه‌ها تلاش، دستگاهی را تولید کند که قطعه قابل قبولی را به صورت سه بعدی چاپ کرده بود. هال امیدوار بود که اختراع او در زمینه‌های پزشکی و صنعتی نیز کاربردی باشد. در نتیجه در نظر داشت تا ایده خود را تجاری کند که این هدف نیز بعدها محقق شد.

 

چاک هال خوش شانس بود، زیرا جذب سرمایه در کشوری همچون آمریکا بسیار راحت‌تر از ژاپن یا فرانسه محقق می‌شود. او پس از جذب چند سرمایه گذار فعالیت خود را در قالب یک شرکت استارتاپی به نام ۳D systems  آغاز کرد. در هنگام بررسی تاریخچه پرینترهای سه بعدی، این دستگاه را می‌توان اولین دستگاه چاپگر امروزی به شمار آورد.

 

۱۹۸۰، استیون اسکات کرامپ

 

یکی دیگر از افرادی که در حین بررسی تاریخچه پرینترهای سه بعدی به آن خواهیم پرداخت، استیون اسکات کرامپ است. این مخترع موفق شد تا به کمک همسر و همکارانش شیوه‌ای جدید تحت عنوان Fused Deposition Modeling را ثبت کند.

 

در این روش از ذوب کردن رشته پلیمر ترموپلاستیکی و سپس رسوب آن به صورت لایه‌لایه استفاده می‌شد. به این ترتیب قطعه سه بعدی تکمیل می‌شد.

 

آغاز کار چاپگرهای بایوپرینت Bio 3D Print

 

یکی از جالب‌ترین اتفاقات در تاریخچه پرینترهای سه بعدی استفاده از آنها به عنوان اندام‌های مصنوعی است. در سال ۱۹۹۹ برای اولین بار موسسۀ پزشکی Wake Forest اقدام به تولید یک مثانه آزمایشگاهی کرد. این پروژه موفقیت‌آمیز بود و تیم پزشکی توانست این مثانه مصنوعی را به بیمار پیوند بزند.

 

روند این پروژه به این صورت بود که از بیمار سی تی اسکن گرفته و از اطلاعات آن جهت طراحی تکیه گاه استفاده شد. سپس از بافت مثانه بیمار، چند سلول به عنوان نمونه برداشته و روی تکیه گاه، رشد داده شد.

 

 

هر آنچه که باید از تاریخچه پرینترهای سه بعدی بدانید
هر آنچه که باید از تاریخچه پرینترهای سه بعدی بدانید

 

یکی از رویداد های مهم در تاریخچه پرینترهای سه بعدی، استفاده از سلول‌های بدن به عنوان جوهر چاپ سه بعدی است. با بهره گیری از این روش دیگر نیازی به استفاده از تکیه‌گاه نخواهد بود و نتیجه نهایی یک اندام با سلول‌های واقعی است.

 

در این فرایند نیز ابتدا از فرد، سلول به عنوان بافت نمونه گرفته می‌شود. این ایده در سال ۲۰۰۲ محقق شد و دانشمندان توانستند یک کلیه در اندازه‌های میناتوری چاپ کنند. هدف این دانشمندان تولید اندام در اندازه‌های طبیعی و قابل پیوند زدن بود.

 

در سال ۲۰۱۵ نیز یک شرکت سوئدی به نام Cellink یک جوهر زیستی تجاری استاندارد را به دنیا معرفی کرد. این جوهر زیستی از جلبک تحت عنوان آلژینات نانو سلولز تولید شده است و می‌توان از آن جهت پرینت غضروف‌های بافتی برای اندام‌های مختلف استفاده کرد. از این فناوری می‌توان جهت تولید اندام در ابعاد واقعی بهره برد.

 

جمع بندی

 

یکی از فناوری‌های پرکاربرد و انقلابی دنیای امروز، پرینترهای سه بعدی هستند. در این مطلب به تاریخچه پرینترهای سه بعدی پرداختیم و فهمیدیم که ایده اولیه این دستگاه‌ها در قرن نوزدهم شکل گرفته و سپس با ایده‌پردازی‌های دانشمندان ژاپنی، فرانسوی و آمریکایی گسترش پیدا کرده است. امیدواریم که از خواندن این مطلب لذت برده باشید.

 

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

ادامه مطلب
تاریخچه پرینترهای سه بعدی و توسعه آنها در گذر زمان

تاریخچه پرینترهای سه بعدی و توسعه آنها در گذر زمان

ادامه مطلب
همه چیز در مورد تولید قطعه با پرینت سه بعدی ( تولید قطعه با چاپگر سه بعدی )

همه چیز در مورد تولید قطعه با پرینت سه بعدی ( تولید قطعه با چاپگر سه بعدی )

جهت مشاوره رایگان تماس بگیرید