تاریخچه پرینت سه بعدی

راهنمای جامع پرینت سه بعدی

تازه‌ترین تکنولوژی‌های پرینت سه‌ بعدی در اواخر دهه‌ی 1980 نمایان شدند که در آن زمان تکنولوژی‌های نمونه‌سازی سریع(Rapid Prototyping به اختصار RP) نامیده می‌شدند. این نامگذاری به این دلیل بود که این فرایند اساسا بعنوان روشی سریع و مقرون‌بصرفه‌تر برای ایجاد نمونه‌های آزمایشی برای توسعه‌ی تولید در صنعت تلقی می شد. ناگفته نماند که اولین درخواست ثبت اختراع تکنولوژی RP توسط دکتر Kodama در می 1980 در ژاپن ثبت شد. متاسفانه برای دکتر کوداما، مشخصات و ویژگی‌های اختراع قبل از مهلت یک ساله‌ی بعد از درخواست ثبت نشد، این امر مخصوصا برای او که وکیل ثبت اختراع بود مصیب آمیز بود. با این حال، بعبارت واقعی، خاستگاه‌های پرینت سه بعدی را می‌توان تا سال 1986 دنبال کرد یعنی تا زمانی که اولین حق ثبت اختراع برای دستگاه استریو لیتوگرافی (SLA) صادر شد. این حق ثبت اختراع به Charles (Chuck) Hull که اولین ماشین SLA خود را در سال 1983 اختراع کرد تلعق داشت. هول به شرکت 3DSystems که به صورت مشترک بینان‌گذاشته‌ شده بود رفت. این شرکت امروزه یکی از نیرومند ترین و بزرگ‌ترین سازمان‌های فعال در بخش پرینت سه بعدی است.

اولین سیستم RP تجاری شرکت 3D System، یعنی SLA-1 در سال 1987 معرفی شد و در پی آزمایش‌هایی سخت، اولین محصول این سیستم‌ها در سال 1988 فروخته شد. همانطور که در هر تکنولوژی جدیدی معمول است، در حالی که SLA می‌تواند ادعا کند که آغازگر این راه بوده، ملاحظه شد که تکنولوژی RP تنها تکنولوژی تحت توسعه در آن زمان نبوده است بلکه در سال 1987، کارل دکارت (Carl Deckart) نیز که در دانشگاه تگزاس کار می‌کرد، حق ثبت اختراعی را برای فرایند RP پخت لیزر انتخابی(SLS) در آمریکا ثبت کرد. این حق ثبت امتیاز در سال 1989 صادر شد و SLS بعدا تحت لیسانس DMT Inc در آمد که خود توسط شرکت 3D Systmes خریداری شد. 1989 همچنین سالی بود که اسکات کرومپ (Scott Crump) یکی از بناینگذاران Stratasys حق ثبت امتیازی را برای مدل‌سازی رسوب ذوب شده (Fused Deposition Modeling) ثبت کرد. این تکنولوژی، تکنولوژی اختصاصی است که امروزه نیز در دست همین شرکت است ولیکن بر اساس مدل RepRap منبع باز که امروزه فراوانند، این فرایند توسط ماشین‌های سطح ورودی نیز بکار برده می‌شود. حق ثبت امتیاز FDM در سال 1992 برای Stratasys صادر شد. در اروپا، در سال 1989 شکل گیری EOS GmbH نیز مشاهده شد. این شرکت توسط هنس لنگر (Hans Langer) در آلمان بنیان گذاشته شد. بعد از کمی وقت‌گذرانی با فرایندهای SL، تمرکز R&Dی EOS بشدت بر فرایند پخت لیزری (Laser Sintering) معطوف شد و این شرکت همچنان بیش از پیش به موفقیت دست می‌یافت. امروزه، سیستم‌های EOS در سرتاسر جهان به خروجی کیفیت نمونه‌سازی صنعتی و برنامه‌های کاربردی تولید چاپ سه‌بعدیش معروف است.

تکنولوژی‌های پرینت سه‌ بعدی دیگری نیز در طی این سال‌ها پدیدار شدند. این تکنولوژی‌ها عبارتند از تولید ذرات پرتابی (BMP) که ابتدا توسط ویلیم مستر (William Master) حق ثبت اختراع گرفت، تولید شیء لامینیتی (SGC) که توسط ایتزاک پومرانتز و همکاران حق ثبت امتیاز گرفت و «پرینت سه بعدی» (3DP) که در ابتدا توسط امانوئل ساشز و همکاران (Emanuel Sachs et al.) حق ثبت امتیاز گرفت. نوزده تکنولوژی اخیر گواه بر تعداد رو به رشد شرکت‌های رقیب در بازار RP بودند اما فقط سه تا از تکنولوژی‌های اصلی تا به امروز باقی مانده‌اند که عبارتند از 3DSystems، EOS و Stratasys.

سرتاسر دهه‌ی 1990 و اوایل دهه‌ی 2000، ارائه‌ی تکنولوژی‌های جدیدی که همچنان بر کاربردهای صنعتی تمرکز می کردند ادامه یافت و در حالی که این تکنولوژی‌ها هنوز تا حد زیادی برای کاربردهای نمونه‌سازی مناسب بودند ولیکن R&D نیز توسط ارائه دهندگان تکنولوژی پیشرفته‌‌ی مربوط به نیازهای ابزارسازی خاص، ریخته‌گری و برنامه‌های کاربردی تولید مستقیم ایجاد شد.

این تکنولوژی ظهور اصطلاح جدیدی را شاهد بود که به ترتیب ابزارسازی سریع(RT)، ریخته‌گری سریع (RT) و تولید سریع (RM) نام داشتند.

از لحاظ عملکردهای تجاری، Sanders Prototype (که اخیرا با نام Solidsapceشناخته می‌شود) و ZCorporation در سال 1996 راه اندازی شدند، Arcam در سال 1997 تاسیس شد، Objet Geometries در سال 1998 راه‌اندازی شد، در سال 2000، MCP Technologies ( OEM ریخته‌گری در خلاء) تکنولوژی SLM را معرفی کرد. EnvisionTecدر سال 2002 بنیان نهاده شد، ExOne در سال 2005 بعنوان محصول فرعی شرکت Extrude Hone ثبت شد و Sciaky Inc، براساس تکنولوژی جوشکاری پرتو الکترونی اختصاصی اش در فرایند افزایشی پیشگام بود. این سه شرکت همگی به بالا بردن رتبه‌های شرکت‌های غربی عامل در میان بازار جهانی کمک کردند. این اصطلاح (تولید افزایشی) نیز همراه با تکثیر کاربردهای تولیدی ایجاد شد و اصطلاح غالب همه‌ی این نوع فرایندها «تولید افزایشی» (AM) بود. قابل ذکر است که بسیاری توسعه‌های موازی نیز در نیم‌کره‌ی غربی رخ دادند. به هر حال، این تکنولوژی‌ها گرچه به خودی خود مهم بودند و به برخی موفقیت‌های محلی دست یافتند ولیکن در آن زمان واقعا بر بازار جهانی تاثیری نگذاشتند.

ابتدا تکنولوژی‌های پرینت سه‌ بعدی سیستم‌های بسیار گرانی بودند که برای تولید بخش قطعات پیچیده، با ارزش و با مهندسی بالا طراحی شده بودند. این امر همچنان ادامه دارد و در حال رشد است ولیکن نتایج این تکنولوژی اکنون در کاربردهای تولیدی در میان بخش‌های جواهرات ظریف، هوا و فضا، صنعت اتومیبل‌سازی و پزشکی در حال نمایان شدند هستند. هنوز مسئله‌ی بزرگی پشت درهای بسته و یا تحت پیمان‌های عدم افشا باقی مانده‌اند. در سوی دیگری از طیف، برخی از تولیدکنندگان سیستم‌ پرینت سه‌ بعدی به قول خودشان در حال ایجاد و توسعه‌ی «مدل‌سازهای مفهومی» بودند و مخصوصا، پرینترهای سه بعدی ای وجود داشتند که بر بهبود توسعه‌ی مفهوم و نمونه سازی کاربردی تاکید داشتند. این پرینترها مخصوصا بعنوان سیستم‌های اداری، کاربرپسند و مقرون به صرفه توسعه داده می‌شدند و مقدمه‌ی ماشین‌های دسکتاپی امروزه بودند. به هر حال، این سیستم‌ها هنوز خیلی خاص بودند و به درد کاربردهای صنعتی نمی خوردند.
با نگاهی به گذشته درمی‌یابیم که این امر آرامش قبل از توفان بوده است.
در بخش‌های کم قیمت بازار- پرینتر های سه‌ بعدی هم‌ اکنون در حیطه‌ی متوسط قیمت‌ها هستند- همرا با بهبودهای افزایشی در دقت چاپ، سرعت و مواد، جنگ قیمتی نیز پدیدار شد.
در سال 2007، بازار اولین پرینتر سه بعدی زیر 10000 دلاری محصول 3D System را به چشم دید اما این سیستم تقریبا هیچ‌گاه آنطور که انتظار می‌رفت به موفقیت دست نیافت. این عدم موفقیت بخشی به دلیل خود سیستم بود اما دیگر تاثیرات بازار نیز دخیل بودند. در آن زمان جام مقدس به چاپگری با قیمت زیر 5000 دلار داده شد- این امر به دیده‌ی کاربران و صاحبنظران بعنوان کلیدی جهت گشودن درهای تکنولوژی پرینت سه بعدی به روی مخاطبان بیش‌تری نگریسته شد. برای بسیاری در آن سال، ورود Desktop Factory که به شدت مورد انتظار بود – و بسیاری پیش بینی می کردند بدست‌آورنده‌ی آن جام باشد- منادی سیستمی مورد انتظار بود. از آنجایی که این سازمان از رسیدن به تولید بازماند، این سیستم به جایی نرسید. Desktop Factory و رهبر آن، کتی لوییس (Cathy Lewis) در سال 2008 توسط 3D Systems خریداری شد . همانطور که معلوم شد، سال 2007 در واقع سالی بود که در تکنولوژی پرینت سه بعدیِ قابل دسترس، نقطه‌ی عطفی را نشان داد- گرچه در آن زمان سیستم‌های معدودی محقق شدند- چنانکه RepRap پا گرفت.
دکتر بویر (Dr Bowyer مفهوم RepRap منبع باز را در اویل سال 2004 پرینتری خود تکرار تلقی کرد. این دانه در سال‌های متعاقب همراه با تلاش سخت تیمش که از میان آن‌ها ویک الیور و ری جونز (Vik Oliver and Rhys Jones) را می‌توان نام برد جوانه زد. همکاران او این مفهوم را از طریق نمونه‌های آزمایشی در حال کار پرینتر سه بعدی‌ ای که از فرایند رسوب استفاده می‌کردند توسعه دادند. سال 2007 سالی بود که جوانه‌ها سربر اوردند و جنبش اولیه و منبع باز پرینت سه‌ بعدی شروع به نمایان شدن کرد.
اما تنها در ژانویه‌ی 2009، اولین پرینتر سه بعدی که از لحاظ تجاری قابل دسترس باشد – به شکل کیت و بر اساس مفهوم RepRap- برای فروش عرضه شد. این پرینتر ، پرینتر سه بعدی BfB RapMan بود. به فاصله‌ی اندکی و در آپریل همان سال، Industries Marketbot عرضه شد که بنیانگذاران آن بشدت مشغول توسعه‌ی RepPap بودند تا وقتی که از فلسفه‌ی منبع باز که تابع سرمایه گذاری زیادی بود جداشدند. تا سال 2009، گروهی از پرینترهای رسوبی مشابه با امتیاز فروش منحصربفرد (USPها) ظاهر شدند و آن‌ها نیز همان روند را دنبال کردند. دوگانگی جالب در این اینجا این است که در حالی که پدیده‌ی RepRap باعث رشد کل بخش تجاری شده است، چاپگرهای سطح ورودی، صفات و خصوصیات انجمن RepRap همگی درباره‌ی توسعه‌های منبع باز پرینت سه بعدی و اجتناب از تجاری‌سازی است.
سال 2012 سالی بود که دیگر فرایندهای پرینت سه‌ بعدی در سطح ورودی بازار معرفی شدند اول B9Creator ( که از تکنولوژی DPL استفاده می‌کند) در ژوئن و بعد از آن Form1 ( که از تکنولوژی SLA استفاده می‌کند) در دسامبر به بازار آمد. هر دوی این فرایندها با تامین مالی سایت Kickstarter راه‌اندازی شدند و هر دو به موفقیت‌های عظیمی دست‌یافتند.
بعنوان نتیجه‌ای از واگرایی بازار، پیشرفت‌های مهم دارای قابلیت و کاربرد در سطح صنعتی ، افزایش آگاهی و درک جنبش رشد بازار، سال 2012 نیز سالی بود که کانال‌های رسانه‌ای اصلی متفاوتی به این تکنولوژی پرداختند. سال 2013 سال رشد قابل ملاحظه و تحکیم بود. یکی از قابل توجه‌ترین حرکات خرید Makerbot توسط Stratasys بود.
تکنولوژی پرینت سه بعدی از سوی برخی افراد بعنوان دومین، سومین و یا حتی چهارمین انقلاب صنعتی وعده داده شده‌است. به هرحال آنچه را که نمی‌توان انکار کرد تاثیری است که پرینت سه‌ بعدی بر روی بخش صنعتی دارد و پتانسیل عظیمی است که این تکنولوژی برای آینده‌ی مصرف‌کنندگان نشان می‌دهد. این که این تکنولوژی چه شکل پتانسیلی به خود می‌گیرد در حال آشکار شدن است.