Argraffu 3D: Un o Dechnolegau Nanyddol Mwyaf Chwyldroadol yr 21ain Ganrif

Pan glywsoch y geiriau "Argraffu 3D" am y tro cyntaf, a oeddech chi'n dychmygu technoleg wych sy'n aml yn ymddangos mewn ffilmiau ffuglen wyddonol? Fodd bynnag, credwch neu beidio, mae Argraffu 3D wedi bod o gwmpas ers bron i 40 mlynedd.

Mae argraffu tri dimensiwn (3D) yn broses weithgynhyrchu ychwanegol sy'n creu gwrthrych ffisegol o ddyluniad digidol. Mae'r broses yn gweithio drwy osod haenau tenau o ddeunydd ar ffurf hylif neu blastig powdr, metel neu sment, ac yna ffiwsio'r haenau gyda'i gilydd.

Dyma linell amser Argraffu 3D gyflym o'r 1940au hyd heddiw.

1940au: Cysyniad

Yn wir, mae Argraffu 3D wedi bodoli mewn cysyniad ers 1945 - esboniodd Murray Leinster y term yn ei stori fer yn 1945 Things Pass By, "Ond mae'r adeiladwr hwn yn effeithlon ac yn hyblyg. Rwy'n bwydo plastigau magnetronic — y pethau y maent yn eu gwneud yn dai a llongau y dyddiau hyn — i'r fraich symudol hon. Mae'n gwneud lluniau yn yr awyr yn dilyn lluniau mae'n sganio gyda chelloedd lluniau. Ond mae plastig yn dod allan o ddiwedd y fraich tynnu lluniau a'r caledu wrth iddo ddod ... lluniadau canlynol yn unig."

1980au: Genedigaeth

Gellir olrhain y fersiynau cyntaf o argraffu 3D yn ôl i ddechrau'r 1980au yn Japan. Yn 1981, cyhoeddodd Dr. Hideo Kodama yn Sefydliad Ymchwil Diwydiannol Trefol Nagoya fanylion am dechneg "prototeipio cyflym". Yr ymchwil hon oedd y darn cyntaf o lenyddiaeth i ddisgrifio'r dull haen wrth haen sydd mor gynhenid i Argraffu 3D. Roedd ei ymchwil yn cynnwys argraffu ffotopolymwyr gan ddefnyddio dull a oedd yn rhagflaenu stereolithograffeg, a siaradodd hefyd am ddarnau trawsadrannol o haenau a oedd yn gorwedd ar ben ei gilydd i ffurfio'r gwrthrych 3D. Fodd bynnag, nid oedd Dr Kodama yn cyflawni'r cais am batentau cyn ei ddyddiad cau ac ni chafodd y patent erioed.

Ychydig flynyddoedd yn ddiweddarach, roedd trio o beirianwyr Ffrengig Alain Le Méhauté, Olivier de Witte, a Jean Claude Andréwas yn ceisio creu peiriant prototeipio cyflym. Yn hytrach na'u resin, ceisiwyd creu system a oedd yn gwella monomerau hylif yn solidau drwy ddefnyddio laser. Roeddent wedi ffeilio patent ar gyfer y broses stereolithograffeg, ond fe'u gadawyd oherwydd diffyg persbectif busnes.

Chuck Hull a adeiladodd yr argraffydd 3D cyntaf mewn gwirionedd. Cyflwynodd y patent cyntaf ar gyfer stereolithograffeg (CLG) yn 1986, a sefydlodd y Gorfforaeth Systemau 3D, ac yn 1988, rhyddhaodd y CLG-1, eu cynnyrch masnachol cyntaf. Roedd y peiriant hwn yn ei gwneud yn bosibl ffugio rhannau cymhleth, haen yn ôl haen, mewn ffracsiwn o'r amser y byddai'n ei gymryd fel arfer. Aeth Hull ymlaen i ffeilio mwy na 60 o batentau o amgylch y dechnoleg, gan ddod yn rhan o'r mudiad prototeipio cyflym a dyfeisio fformat y ffeil STL sy'n dal i gael ei ddefnyddio heddiw.

Nid CLG oedd yr unig broses gweithgynhyrchu ychwanegol sy'n cael ei harchwilio yn ystod y cyfnod hwn. Yn 1988, ym Mhrifysgol Texas, daeth Carl Deckard â phaent ar gyfer y dechnoleg SLS, techneg argraffu 3D arall lle mae grawn powdr yn cael ei ffio gyda'i gilydd yn lleol gan laser. Yn y cyfamser, cafodd Modelu Adneuo Fused (FDM) ei batentau hefyd gan Scott Crump. Roedd y dull yn cynnwys toddi ffilament polymer a'i adneuo ar is-set, haen wrth haen, i greu gwrthrych 3D.

1990au - 2000au: Twf

Yn y 1990au, dechreuodd llawer o gwmnïau a busnesau newydd godi ac arbrofi gyda'r gwahanol dechnolegau gweithgynhyrchu ychwanegol. Yn ystod y cyfnod hwn, roedd y peiriannau'n wahanol iawn i'r rhai a ddefnyddiwn yn awr. Roeddent yn anodd eu defnyddio, yn ddrud, ac roedd llawer o'r printiau terfynol yn gofyn am lawer o ôl-brosesu.

Yn 2004, sefydlodd Dr Adrian Bowyer, uwch ddarlithydd mewn peirianneg fecanyddol ym Mhrifysgol Caerfaddon yn yr Unol Daleithiau, y prosiect RepRap. Roedd yn brosiect ffynhonnell agored a oedd yn anelu at adeiladu argraffydd 3D a allai argraffu'r rhan fwyaf o'i rannau ei hun. Y syniad y tu ôl iddo oedd democrateiddio argraffu 3D drwy sicrhau bod y dechnoleg ar gael i bobl ledled y byd.

2009 oedd y flwyddyn y syrthiodd y patentau FDM i'r cyhoedd, gan agor y ffordd i don eang o arloesedd mewn argraffwyr 3D FDM, gostyngiad ym mhris argraffwyr 3D y bwrdd gwaith, ac o ganlyniad, gan fod y dechnoleg yn fwy hygyrch, gwelededd cynyddol.

Argraffu 3D Nawr: Prif

Heddiw, dechreuodd prisiau argraffwyr 3D ddirywio, gan sicrhau eu bod ar gael i'r cyhoedd. Ynghyd â'r prisiau gostwng, cynyddodd ansawdd a rhwyddineb argraffu hefyd.

Defnyddir Argraffu 3D mewn amrywiaeth o feysydd. Roedd gwyddonwyr ym Mhrifysgol Southampton yn hedfan awyrennau di-griw 3D cyntaf y byd; cyrhaeddodd gwneuthurwyr car wedi'i argraffu 3D hyd at 200 mpg gydag injan nwy/trydan hybrid; a dechreuodd arbenigo mewn adeiladu strwythurau byw ecolegol gynefin a wnaed gan robot sy'n addas i fyw ar y Blaned Mawrth.

Mae datblygiadau mewn Argraffu 3D yn digwydd yn gyflymach nag erioed o'r blaen. Mae'n effaith enfawr ac mae potensial mawr yn newid ein bywyd.