Jednym z największych mitów krążących wokół technologii druku 3D jest ten, że jest to technologia nowa. Chociaż szczyt fascynacji technologiami przyrostowymi miał miejsce w latach 2013-2015, wciąż znajdą się liczne osoby, które o nich nie słyszały – lub przynajmniej nigdy nie widziały procesu druku 3D na własne oczy. To przeświadczenie, że drukarki 3D są czymś nowym miewa niestety smutne konsekwencje dla ludzi planujących rozpoczęcie nowego biznesu opartego o technologie addatywne. Prędzej czy później odkrywają, że druk 3D nie tylko jest bardzo stary, to na dodatek prawie wszystko zostało w nim już wymyślone, a innowacje (których oczywiście nie brakuje), są możliwe tylko przy zaangażowaniu dużych środków finansowych i zasobów ludzkich.
W niniejszym cyklu artykułów zamierzamy przybliżyć Wam całą genezę powstania druku 3D i branży jaka się wokół niego zawiązała. Pomożemy Wam zrozumieć, że większość rzeczy nad którymi pracujecie, lub rozwiązania jakie wdrażacie… kiedyś się już wydarzyły. Studiując jakiś czas temu historię powstania poszczególnych firm uznawanych dziś za liderów tego rynku, byłem szczerze zaskoczony odkryciem, że to co sam doświadczałem lub czego byłem świadkiem w latach 2013-2015, gdy powstawała tzw. niskobudżetowa branża druku 3D wyglądało kiedyś w dużej mierze tak samo. Powtarzamy te same schematy działań, popełniamy te same błędy…
Zapraszamy na krótką podróż w czasie i cofnięcie się do chwili, gdy to wszystko tak naprawdę się zaczęło. Od samego początku…
Jak stare jest drukowanie przestrzenne?
Chociaż za oficjalną datę powstania druku 3D przyjmuje się rok 1984, prace koncepcyjne nad tą technologią sięgają początku lat 70-tych ubiegłego wieku. W 1971 r. francuz Pierre A. L. Ciraud opisał metodę produkcji wyrobów o dowolnej geometrii poprzez dodawanie materiału w postaci proszku, wykorzystując w tym celu źródło energii. Została ona opublikowana 5 lipca 1973 r. i dała podwaliny technologii znanej dziś jako SLS (selectve laser sintering – selektywne spiekanie laserem).
Sześć lat później, 3 grudnia 1979 r. Amerykanin Ross F. Housholder złożył wniosek patentowy na trzy metody warstwowego formowania wyrobów poprzez spajanie ich różnego rodzaju materiałami. Metody nosiły nazwę „molding process” i do budowy modeli przestrzennych używały piasku. Patent został opublikowany w styczniu 1981 r., jednakże nigdy nie został skomercjalizowany, ani nawet doprowadzony do fazy testów z powodu braku środków finansowych.
Kolejnymi osobami, które prowadziły prace nad stworzeniem nowego sposobu tworzenia rzeczy byli pochodzący z miasteczka Greenville w Karolinie Południowej, w USA, wynalazca Bill Masters oraz młody student Uniwersytetu w Teksasie – Carl Deckard. Masters stworzył technologię, którą nazwał CAMM3 (Computer Aided Modeling Machine – wspomagana komputerowo maszyna modelująca). Polegała ona na warstwowym nakładaniu kulek materiału, tworzących obiekt przestrzenny. Mimo, że została ona opatentowana (podobnie jak 50 innych wynalazków stworzonych przez Mastersa), również nigdy nie została skomercjalizowana i gdyby nie materiał lokalnej telewizji FOX Carolina z jesieni 2013 roku, nikt by o Billu Mastersie już raczej nie pamiętał…
Zupełnie inaczej potoczyły się losy Carla Deckarda. Po pierwszym roku studiów w 1981 r. rozpoczął on wakacyjną pracę w firmie TRW Mission w Houston, przy produkcji części dla sektora naftowego. Oglądając z bliska jak cięto tam blachę przy wykorzystaniu komputerowego systemu sterowania, opartego o oprogramowanie CAD, dostrzegł duży potencjał w automatyzacji tego procesu.
Przez kolejne lata zgłębiał to zagadnienie i rozpoczął specjalizację w zakresie laserów przemysłowych. W 1984 r. Deckard stworzył pierwszą koncepcję użycia wiązki lasera lub elektronów do selektywnego przetapiania fragmentów warstw sproszkowanego materiału, na podstawie danych otrzymanych z rysunków CAD.
Projektem zainteresował się dr Joe Beaman, który postanowił wspomóc zdolnego studenta. Wkrótce ich praca doprowadziła do powstania jednej z najważniejszych technologii druku 3D – SLS i założenia jednej z pierwszych firm produkujących urządzenia wykorzystujące tą metodę w praktyce. Jednak zanim do tego doszło, na scenie pojawił się człowiek, który nie tylko oficjalnie wszystko zapoczątkował, to na dodatek miał w przyszłości wykupić firmę Deckarda…
Kto wymyślił druk 3D?
Człowiekiem tym jest oczywiście Charles Hull – ojciec technologii druku 3D, wprowadzony w 2014 r. do Galerii Sław Narodowych Wynalazców USA. Hull nie tylko stworzył pierwszą oficjalną metodę drukowania przestrzennego – Stereolitografię (SLA), to założył pierwszą firmę produkującą drukarki 3D – 3D Systems.
Jest w tym wszystkim jednak pewien haczyk… Za datę stworzenia druku 3D przyjmuje się dzień 8 sierpnia 1984 r., a więc moment gdy Hull złożył swój wniosek patentowy. Tymczasem trzy tygodnie wcześniej – 16 lipca 1984 r. zgłoszenie patentowe opisujące dokładnie tą samą metodę złożyło trzech Francuzów – Alain Le Méhauté, Olivier de Witte i Jean Claude André. Niestety dla nich, został on odrzucony… Jak to możliwe?
Liderem projektu był Alain Le Méhauté, pracownik działu R&D francuskiej firmy General Electric Company (obecnie Alcatel-Alsthom). W ramach swoich prac naukowo-badawczych, stworzył wspólnie z dwójką kolegów nowatorską metodę utwardzania żywicy wiązką UV i budowania w ten sposób modeli przestrzennych, na podstawie informacji zawartych w pliku generowanym przez komputer. Ich wniosek patentowy został odrzucony przez firmy General Electric Company i CILAS, ponieważ ich zdaniem „nie posiadał oznak powodzenia biznesowego” [SIC!]. Mówiąc krótko, pracodawcy Le Méhauté, de Witte i André uznali druk 3D za bezwartościowy i odpuścili sobie nawet jego opatentowanie.
Mimo to, że historycznie był pierwszy, w wywiadach udzielonych wiele lat po tym wydarzeniu Alain Le Méhauté zawsze oddawał palmę pierwszeństwa Hullowi mówiąc, że to on jako jedyny odważył się samodzielnie opatentować i później skomercjalizować tą metodę.
Charles Hull w latach 80-tych ubiegłego wieku zajmował się m.in. opracowywaniem nowego sposobu pokrywania blatów stołów żywicami, w celu ich zabezpieczenia przed zużyciem. Poszukując żywic zdolnych szybko utwardzać się pod wpływem światła UV, wpadł na pomysł aby budować w ten sposób obiekty przestrzenne, utwardzając kolejne warstwy materiału nachodzące na siebie. Prace rozpoczął w 1983 roku, a ich zwieńczeniem było złożenie wspomnianego wniosku patentowego rok później.
Patent na metodę nazwaną przez Hulla „stereolitografią” o numerze 4,575,330, został mu przyznany 11 marca 1986 r. Mając zapewnioną ochronę prawną swojego rozwiązania, założył firmę o nazwie 3D Systems i rozpoczął produkcję i sprzedaż pierwszej maszyny wykorzystującej technologię przyrostową – Stereolithography Apparatus (aparatura stereolitograficzna).
Kto wymyślił nazwę „druk 3D”?
Powiedzmy to sobie szczerze – gdyby technologia druku 3D nazywała się w dalszym ciągu stereolitografią (SLA), selektywnym spiekaniem laserowym (SLS), produkcją laminowanych obiektów (LOM), lub osadzaniem topionego materiału (FDM), nigdy byście tu nie trafili, a ja nigdy nie zacząłbym pisać na ten temat. Metody przyrostowe istniałyby tylko w laboratoriach i pracowniach naukowo-badawczych, nie różniąc się co do zasady niczym od całej masy innego specjalistycznego sprzętu tego typu.
Trzy lata temu świat oszalał na punkcie tej technologii głównie dlatego, że dawno temu ktoś wpadł na genialny pomysł nazwania jej mianem druku 3D. Drukarki 3D zawładnęły wyobraźnią ludzi, którzy w automatyczny sposób łączyli drukowanie przedmiotów z drukowaniem tekstu lub zdjęcia na kartce papieru.
Przez pierwsze lata swojej działalności w tej branży zastanawiałem się, kim był ten geniusz marketingu, wizjoner i architekt przyszłego sukcesu setek firm działających na rynku druku 3D? Niestety jak to zwykle bywa, prawda okazała się bardzo prozaiczna i zwyczajna… Chociaż na swój sposób w dalszym ciągu niezwykle interesująca.
W roku 1993 branża druku 3D nabierała już pierwszych kształtów, a na rynku dostępne były maszyny drukujące w kilku niezależnych technologiach. Liderem było 3D Systems Hulla, ale bardzo prężnie radził sobie także założony w 1988 r. przez Carla Deckarda DTM, który rok wcześniej sprzedał swój pierwszy system SLS. Na rynku działały także Stratasys Scotta Crumpa, Helisys oferujący urządzenia tworzące modele przestrzenne z folii, czy Solidscape.
Rok 1993 to także narodziny jednej z najpopularniejszych technologii przyrostowych, nazwanej po prostu „drukiem 3D” (3 Dimensional Printing techniques). Jej twórcami byli naukowcy Massachusetts Institute of Technology (MIT), którzy opracowali metodę tworzenia modeli przestrzennych z proszku gipsowego, spajanego selektywnie natryskiwanym lepiszczem. Do pracy wykorzystano technologię znaną z drukarek atramentowych, które w tym rozwiązaniu zamiast atramentu na papier nanosiły klej na proszek gipsowy.
Twórcami tej technologii była czwórka naukowców: Emanuel „Ely” M. Sachs, John S. Haggerty, Michael J. Cima i Paul A. Williams. Pierwszemu z nich – Ely’emu Sachsowi przypisuje się właśnie nazwanie procesu technologicznego „drukiem 3D”. Patent na technologię „3DP” został zgłoszony 9 kwietnia 1993 r., a opublikowano go 23 sierpnia 1994 r. Podobnie jak w przypadku Charlesa Hulla, otrzymanie patentu było bodźcem do założenia firmy produkującej urządzenia wykorzystujące tą metodę w pracy. Firma o nazwie Z Corporation stała się wkrótce jednym z głównych graczy na rynku. W 2011 roku została przejęta przez 3D Systems, a technologia 3DP nosi dziś nazwę CJP (Color Jet Printing).
