از گوتنبرگ تا چاپ سه بعدی: سفری در فناوری چاپ

چاپ سه بعدی با ظهور خود باعث بروز تحولی عظیم و بی‌سابقه در صنعت چاپ شد! بر خلاف تصور بسیاری از افراد، فناوری چاپ سه بعدی مربوط به قرن 21 نیست. به عبارتی، چاپ سه بعدی به عنوان یک فناوری مدرن و جدید شناخته نمی‌شود. این تکنولوژی برای نخستین بار در دهه 80 میلادی اختراع شده است.

مخترعین این فناوری مدرن و کاربردی می‌دانستند که با معرفی آن به صنعت چاپ قرار است چه انقلاب برخیزد! تاریخچه چاپ سه بعدی سفری پرماجرا از گذشته تا به امروز داشته است. اگر شما هم با دستاوردهای این فناوری در صنعت چاپ آشنایی ندارید، از شما دعوت می‌کنیم تا در این سفر چند صد ساله با ما همراه شوید.

ایده پیدایش چاپ سه بعدی

بسیاری از منابع تحقیقاتی معتبر بر این باور هستند که فناوری چاپ سه بعدی از سال 1981 میلادی ظهور پیدا کرده است. در حالی که این تکنولوژی در سال 1860 میلادی برای اولین بار به صورت مفهومی مورد بررسی قرار گرفت.

معروف‌ترین عکاس اهل پاریس، فرانس ویلم از این فناوری برای نخستین بار در ساخت پرتره‌های سه بعدی و مجسمه‌های پرتره استفاده کرد. همین امر باعث شد تا به تکنولوژی چاپ سه بعدی جهت داده شود. این عکاس اسم اختراع خود را مجسمه سازی مکانیکی انتخاب کرد. بر خلاف آنچه که مجسمه‌های سنتی و قدیمی داشتند، مجسمه‌های ساخت ویلم با فناوری نوظهور خود، جزئیات دقیق‌تر داشته و بیش از نیمی از آن‌ها تنها در عرض 48 ساعت ساخته می‌شد. دقت و سرعت بالای مجسمه‌سازی مکانیکی ویلم باعث شد تا در مدت زمان بسیار کمی هنر خلق شده او مورد توجه قرار گیرد.

با توجه کردن به روند مجسمه سازی مکانیکی ویلم، می‌توان به سادگی شباهت آن به فناوری چاپ سه بعدی امروزی پی برد. البته که این ایده کاربردی ویلم بعدها در اثر تغییر و تحولاتی، به یک فناوری پیشرفته نیز تبدیل شد.

دهه 1970: پیدایش ایده دستگاه‌های پرینتر سه بعدی

در اوایل دهه 70 میلادی، شرکت خودروساز محبوب میتسوبیشی ایده ساخت لایه لایه قطعات از نسخه سخت شده تصاویر عکاسی را پیشنهاد داد! در سال 1971 میلادی، شخصی به نام یوهانس اف گوتوالد دستگاهی را تحت فناوری چاپ سه بعدی ساخت. این دستگاه ساختاری شبیه به Liquid Metal Recorder داشت. عملکرد این دستگاه بدین صورت بود که جوهر افشان آن می‌توانست یک روی صفحه فلزی که چندین بار مورد استفاده قرار گرفته را برای چاپ فوری یا چاپ تکراری آماده کند. در واقع این دستگاه، اولین دستگاه چاپ سه بعدی در دنیا بود. البته طبعیتا دستگاه چاپ یوهانس برخی اشکالات فنی همچون محدودیت‌‌های هندسی، افزایش سایز و اندازه و... را داشت.

تا دهه 1984 میلادی: اقدامات اولیه ساخت پرینترهای سه بعدی

در سال 1981 میلادی، دکتر هیدئو کوداما، گزارشی مبنی بر سیستم نمونه‌سازی سریع با بهره‌گیری از فتوپلیمرها را ارائه کرد. دکتر کوداما اولین شخصی بود که توانست اختراع دستگاه چاپ سه بعدی نسخه اولیه را به ثبت برساند. این دستگاه در اصل یک سیستم پرداخت رزین توسط پرتو لیزر بود.

اما حدود سه سال بعد یعنی در دهه 1984، چارلز هال توانست صنعت چاپ سه بعدی را به یکباره متحول کند. دکتر هال، با اختراع استریولیتوگرافی این امکان را برای طراحان به وجود آورد که انواع مدل‌‌های سه بعدی را با استفاده از اطلاعات دیجیتالی عرضه کنند. اولین دستگاه چاپ سه بعدی در سال 1922 توسط شرکت Stratasys تولید شد. این دستگاه با بهره‌گیری از فناوری fdm ساخته شد.

فناوری چاپ سه بعدی در ایالات متحده آمریکا

در بازه زمانی 1984 تا 1988 میلادی، یک کارآفرین آمریکایی درخواست ثبت یک اختراع برای تولید کامپیوتری داد. این درخواست به تنهایی باعث شد تا جرقه ساخت پرینترهای سه بعدی در ذهن دانشمندان به وجود آید. در همان سال شخصی به نام رابرت هاوارد، نظریه چاپگرهای دو بعدی را بیان کرد که بلافاصله توسط شرکت HOWTEK مورد بررسی قرار گرفت. بعدها چاپگرهای دو بعدی توسط این شرکت تولید شد. این دستگاه‌ها با استفاده از جوهر ترموپلاستیک عملیات چاپ در دو بعد را انجام می‌دادند.

البته تولید دستگاه‌های چاپ دو بعدی، آخر این ماجرا نبود! در سال 1989 میلادی ریچارد هلینسکی الگویی خاص را برای ساخت پرینترهای سه بعدی ارائه کرد. این الگو با استفاده از رسوب ذرات فرایند چاپ سه بعدی را انجام می‌داد. برخی از شرکت‌‌ها و موسسات به عنوان حامی گرد هم آمدند تا در نهایت دستگاه‌‌های پرینت سه بعدی را تولید کنند.

اختراع تکنولوژی چاپ سه بعدی اندام مصنوعی

برای نخستین بار در تاریخ بشریت، اولین اندام مصنوعی توسط فناوری چاپ سه بعدی (3D) توسط دستگاه‌های چاپگر تولید شد. در سال 1999 میلادی، تعدادی از دانشمندان در موسسه پزشکی رینوپلاستی، یک داربست از مثانه انسان را شبیه‌سازی و سپس چاپ کردند. این مثانه ساخته شده با سلول‌های انسانی شخص بیمار پوشش داده شد تا بافت جدیدی در بدن بیمار تولید شود!

از نظر علم پزشکی آن دوران، یک رویداد انقلابی و بسیار مهم در صنعت چاپ انجام شده بود. با بهره‌گیری از این فناوری نسبتا قدیمی، بعدها دانشمندان توانستند یک پروتز با اجزا پیچیده را با استفاده از سلول‌های انسانی بسازند.

سال 2000: آغاز تحول در صنعت چاپ سه بعدی

در اوایل سال 2000 میلادی، ایده تولید افزایشی و انبوه‌سازی، توجه بسیاری از سرمایه‌گذاران را به خود جلب کرد. به همین دلیل بعد از گذشت تنها 6 سال دستگاه پرینتر سه بعدی به نام SLS ساخته شد و به فروش رسید. این دستگاه آغازگر خط تولید قطعات صنعتی با استفاده از فناوری چاپ 3D بود. البته کمپان چاپ سه بعدی OBJET استانداردهای خود را با فناوری STRARASYS ترکیب کرده است تا بتواند دستگاه‌هایی با توانایی تولید هر نوع قطعه صنعتی در نسخه‌های مختلف و ویژگی‌های خاص را تولید کند.

هم‌زمان با کاهش قیمت پرینترهای سه بعدی، دقت و سرعت آن‌ها در پرینت قطعات مختلف افزایش یافت! همچنین این دستگاه‌ها قابلیت تولید قطعات با متریال‌های مختلف از جمله پلاستیک، فلز و... را داشتند. یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای پرینترهای سه بعدی در آن زمان، تولید اولین هواپیمای بدون سرنشین با استفاده از این فناوری بود.

سخن پایانی

در این مطلب از کیاما پرینت، تاریخچه پر فراز و نشیب صنعت چاپ سه بعدی را بررسی کردیم. فناوری چاپ 3D آغازگر تحولاتی عظیم در صنعت چاپ امروزی بوده است. به گونه‌ای که بدون حضور آن تقریبا دستیابی به فرایند تولید قطعات مختلف با دستگاه‌های چاپ تقریبا ناممکن بود! از سال اختراع اولین دستگاه چاپ سه بعدی تا به امروز، تغییرات زیادی در این پرینترها اعمال شده است تا در نهایت تجهیزات پیشرفته و مدرن امروزی وارد عرصه چاپ شوند. امروزه برخی از شرکت‌های معتبر همچون کیاما پرینت با بهره‌گیری از این فناوری به‌روز و تجهیزات پیشرفته آن انواع خدمات چاپ پیچیده‌ترین قطعات و طرح‌های را با نازل‌ترین قیمت چاپ می‌کنند.