Je hebt misschien gehoord dat 3D-printen wordt aangekondigd als de toekomst van de productie. En met de manier waarop de technologie zich heeft ontwikkeld en commercieel is verspreid, kan het heel goed de hype omringen. Dus, wat is 3D-printen? En wie heeft het bedacht?
Het beste voorbeeld om te beschrijven hoe 3D-printen werkt, is afkomstig van de tv-serie Star Trek: De volgende generatie. In dat fictieve futuristische universum gebruikt de bemanning aan boord van een ruimteschip een klein apparaat, een replicator genaamd, om vrijwel alles te creëren, zoals van alles, van eten en drinken tot speelgoed. Hoewel beide driedimensionale objecten kunnen weergeven, is 3D-printen lang niet zo geavanceerd. Terwijl een replicator subatomaire deeltjes manipuleert om elk klein object dat in je opkomt te produceren, "printen" 3D-printers materialen in opeenvolgende lagen om het object te vormen.
Vroege ontwikkeling
Historisch gezien begon de ontwikkeling van de technologie in het begin van de jaren tachtig, zelfs vóór het eerder genoemde tv-programma. In 1981 publiceerde Hideo Kodama van het Nagoya Municipal Industrial Research Institute als eerste een verslag over hoe materialen die fotopolymeren worden genoemd en die uitharden bij blootstelling aan UV-licht, kunnen worden gebruikt om snel vaste stoffen te vervaardigen prototypes. Hoewel zijn paper de basis legde voor 3D-printen, was hij niet de eerste die daadwerkelijk een 3D-printer bouwde.
Die prestigieuze eer gaat naar ingenieur Chuck Hull, die in 1984 de eerste 3D-printer heeft ontworpen en gemaakt. Hij werkte voor een bedrijf dat UV-lampen gebruikte om taaie, duurzame coatings voor tafels te maken toen hij op het idee kwam om gebruik te maken van ultraviolette technologie om kleine prototypes te maken. Gelukkig had Hull een laboratorium om maanden aan zijn idee te sleutelen.
De sleutel tot het laten werken van een dergelijke printer waren de fotopolymeren die in vloeibare toestand bleven totdat ze reageerden ultraviolet licht. Het systeem dat Hull uiteindelijk zou ontwikkelen, bekend als stereolithografie, gebruikte een straal UV-licht om de vorm van het object uit een vat met vloeibaar fotopolymeer te schetsen. Terwijl de lichtstraal elke laag langs het oppervlak verhardde, zou het platform naar beneden bewegen zodat de volgende laag gehard kan worden.
Hij diende een patent in op de technologie in 1984, maar het was drie weken nadat een team van Franse uitvinders, Alain Le Méhauté, Olivier de Witte en Jean Claude André, een patent hadden ingediend voor een soortgelijk proces. Hun werkgevers hebben hun inspanningen om de technologie verder te ontwikkelen echter opgegeven vanwege 'gebrek aan zakelijk perspectief'. Hierdoor kon Hull het auteursrecht op de term "stereolithografie." Zijn patent, getiteld "Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography" werd uitgegeven op 11 maart 1986. Dat jaar vormde Hull ook 3D-systemen in Valencia, Californië, zodat hij commercieel met snelle prototypes kon beginnen.
Uitbreiding naar verschillende materialen en technieken
Hoewel het patent van Hull veel aspecten van 3D-printen omvatte, inclusief het ontwerp en de besturingssoftware, technieken en een verscheidenheid aan materialen, zouden andere uitvinders voortbouwen op het concept met verschillende benaderingen. In 1989, een octrooi werd toegekend aan Carl Deckard, een afgestudeerde student van de Universiteit van Texas die een methode ontwikkelde die selectieve lasersintering wordt genoemd. Met SLS, een laserstraal werd gebruikt om poedervormige materialen, zoals metaal, op maat te binden om een laag van het object te vormen. Na elke opeenvolgende laag zou vers poeder aan het oppervlak worden toegevoegd. Andere variaties zoals direct metaallasersinteren en selectief lasersmelten worden ook gebruikt voor het vervaardigen van metalen voorwerpen.
De meest populaire en meest herkenbare vorm van 3D-printen heet fused deposition modeling. FDP, ontwikkeld door uitvinder S. Scott Crump legt het materiaal in lagen direct op een platform. Het materiaal, meestal een hars, wordt via een metaaldraad afgegeven en hardt, zodra het door het mondstuk is afgegeven, onmiddellijk uit. Het idee kwam in 1988 bij Crump toen hij probeerde een speelgoedkikker voor zijn dochter te maken door kaarsvet door een lijmpistool te verdelen.
In 1989 patenteerde Crump de technologie en richtte samen met zijn vrouw Stratasys Ltd. op. om 3D-printmachines te maken en te verkopen voor rapid prototyping of commerciële productie. Ze brachten hun bedrijf in 1994 naar de beurs en in 2003 werd FDP de best verkopende technologie voor snelle prototyping.