در این مقاله به جزییات مربوط به تاریخچه پرینتر سه بعدی خواهیم پرداخت.
مفهوم کلی و روش مورد استفاده در چاپ سه بعدی برای اولین بار توسط موری لینستر در سال ۱۹۴۵ مطرح شد.
همچنین توسط ریموند اف جونز، در نوامبر 1950 در مجله علمی تخیلی Astounding منتشر شد. او از آن به عنوان “اسپری مولکولی” یاد کرد.
در سال ۱۹۷۰، یوهانس اف گوتوالد ثبت کننده مایع، یک دستگاه فلزی جوهر افشان را برای ساختن یک قطعه فلزی قابل جابجایی روی یک سطح را ثبت کرد. به نظر می رسد این اولین ثبت اختراع بود که چاپ سه بعدی را با نمونه سازی سریع و الگوهای درخواستی آشنا کرد.
دیوید اچ جونز مفهوم چاپ سه بعدی را در مجله New Scientist مطرح کرد.
تجهیزات و مواد اولیه تولید مواد افزودنی در دهه ۱۹۸۰ توسعه یافت.
در آوریل 1980، Hideo Kodama از موسسه تحقیقات صنعتی شهرداری ناگویا دو روش افزودنی را برای ساخت مدل های پلاستیکی سه بعدی با پلیمر ترموست ابداع کرد، جایی که منطقه قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش توسط الگوی ماسک یا فرستنده فیبر اسکن کنترل می شد. وی حق ثبت اختراع این پلاتر XYZ را ثبت کرد که در 10 نوامبر 1981 منتشر شد.
نتایج تحقیقات وی به عنوان مقالات مجله در آوریل و نوامبر سال 1981 منتشر شد. با این حال، مجله هیچ واکنشی به مجموعه انتشارات وی نشان نداد. دستگاه او در آزمایشگاه ارزیابی بالایی نداشت و رئیس او هیچ علاقه ای نشان نداد. بودجه تحقیقاتی وی فقط 60،00 ین یا 545 دلار در سال بود. کسب حقوق ثبت اختراع برای پلاتر XYZ کنار گذاشته شد و پروژه به پایان رسید.
در 2 ژوئیه 1984، کارآفرین آمریکایی بیل مسترز ثبت اختراع را برای فرآیند و سیستم تولید خودکار رایانه ای خود ثبت کرد. این پرونده در USPTO به عنوان اولین ثبت اختراع چاپ سه بعدی در تاریخ ثبت شد. این اولین اختراع از سه اختراع متعلق به کارشناسی بود که پایه و اساس سیستم های چاپ سه بعدی امروزه را ایجاد کرد.
در 16 ژوئیه 1984، آلن لمهوته، اولیویر دی ویته و ژان کلود آندره ثبت اختراع خود را برای فرآیند کلیشه سنگی ثبت کردند. درخواست مخترعان فرانسوی توسط شرکت جنرال الکتریک فرانسوی (کنونی آلکاتل آلستوم) و CILAS (کنسرسیوم لیزر) کنار گذاشته شد. دلیل ادعا شده “عدم دیدگاه تجاری” بود.
در سال 1983، روبرت هاوارد تحقیقات R.H. را آغاز کرد، که بعداً Howtek Inc نامیده شد تا در فوریه 1984 یک چاپگر دو بعدی جوهر افشان رنگی، Pixelmaster را توسعه دهد، که در 1986 با استفاده از جوهر پلاستیکی ترموپلاستیک (ذوب داغ) تجاری شد.
در 8 آگوست 1984 یک حق ثبت اختراع، به Chuck Hull از شرکت 3D Systems Corporation، اختصاص داده شد. اختراع اختصاصی وی برای یک سیستم ساخت استریولیتوگرافی بود، که در آن لایه ها جداگانه اضافه می شدند. هال این فرایند را به عنوان “سیستمی برای ایجاد اجسام سه بعدی با ایجاد الگوی مقطعی از شیء مورد نظر” تعریف کرد.
سهم هال، در قالب فایل STL (استریولیتوگرافی) و استراتژی های برش و پر کردن دیجیتال رایج در بسیاری از فرآیندهای امروزی بود. در سال 1986، چارلز هال موفق به ثبت اختراع برای این سیستم شد و شرکت 3D Systems Corporation تشکیل شد و اولین چاپگر تجاری سه بعدی تجاری، SLA-1 ، را بعداً در 1987 یا 1988 منتشر کرد.
یک برنامه ویژه اکستروژن پلاستیک، که در سال 1988 توسط S. Scott Crump توسعه داده شد و توسط شرکت وی Stratasys تجاری شد، که اولین FDM خود را به بازار عرضه کرد.
داشتن یک چاپگر سه بعدی در دهه ۱۹۸۰ بالغ بر ۳۰۰۰۰۰ دلار هزینه داشت (۶۵۰،۰۰۰ دلار در سال ۲۰۱۶).
?
فرآیندهای AM برای پخت یا ذوب فلزات (مانند پخت لیزری انتخابی، پخت مستقیم لیزر فلزات و ذوب لیزری انتخابی) معمولاً در دهه های 1980 و 1990 انجام می شد. در آن زمان، تمام فلزکاری با فرآیندهایی انجام می شد که امروزه غیر افزودنی (ریخته گری، ساخت، مهر زنی و ماشینکاری) نامیده می شود.
در اواسط دهه ۱۹۹۰، تکنیک های جدیدی برای رسوب مواد در دانشگاه استنفورد و کارنگی ملون توسعه داده شد. از جمله میکرو پخش و مواد اسپری شده.
اصطلاح چاپ سه بعدی در اصل به فرآیند بستر پودری با استفاده از چاپ جوهر افشان استاندارد اشاره داشت که در MIT توسط Emanuel Sachs در سال 1993 توسعه یافت و توسط Soligen Technologies ، Extrude Hone Corporation و Z Corporation تجاری شد.
یک شرکت چاپگر سه بعدی جوهر افشان با نام Sanders Prototype، Inc و بعدها Solidscape معرفی شد و یک سیستم ساخت جت پلیمری با دقت بالا با ساختارهای ساپورت محلول معرفی کرد (که به عنوان تکنیک “نقطه بر نقطه” طبقه بندی می شود).
در سال 1995، انجمن Fraunhofer فرآیند ذوب لیزری انتخابی را توسعه داد.
ثبت اختراع فرآیند چاپ مدل سازی رسوب تلفیقی (FDM) در سال 2009 منقضی شد.
با رشد فرایندهای افزودنی مختلف، مشخص شد که به زودی حذف فلزات دیگر تنها فرایند فلزکاری نخواهد بود که از طریق یک ابزار در یک فرایند سه بعدی انجام می شود و توده مواد اولیه را لایه به لایه به شکل دلخواه تبدیل می کند. دهه ۲۰۱۰ اولین دهه ای بود که در آن قطعات فلزی مانند براکت موتور و مهره های بزرگت توسط چاپ سه بعدی تولید میشدند.
هنوز هم اینطور است که ریخته گری، ساخت، مهر زنی و ماشینکاری بیشتر از تولید مواد افزودنی در فلزکاری رایج است، اما تولید افزودنی (AM) در حال حاضر پیشرفت های قابل توجهی را آغاز کرده است.
با پیشرفت فناوری، گمانه زنی میشود که چاپ سه بعدی می تواند به توسعه پایدار در کشورهای در حال توسعه کمک کند.
Filabot سیستمی برای بستن حلقه با پلاستیک ایجاد کرد و اجازه داد تا هر چاپگر FDM یا FFF 3D بتواند با طیف وسیع تری پلاستیک را چاپ کند.
Benjamin S. Cook و Manos M. Tentzeris اولین پلتفرم تولید مواد افزودنی الکترونیکی چاپ شده با چند ماده عمودی یکپارچه (VIPRE) را نشان دادند که امکان چاپ سه بعدی الکترونیک عملکردی تا حداکثر 40 گیگاهرتز را فراهم می کرد.
با کاهش قیمت چاپگرها، علاقه مندان به این فناوری دسترسی و آزادی بیشتری برای ساختن آنچه می خواستند، داشتند. قیمت تا سال ۲۰۱۴ همچنان بالا بود و هزینه آن بیش از ۲۰۰۰ دلار بود، با این حال این امر همچنان به علاقه مندان اجازه ورود به چاپ خارج از روش های تولید و صنعت را می داد.
اصطلاح “چاپ سه بعدی” در اصل به فرایندی گفته می شود که مواد اتصال دهنده را به صورت لایه به لایه روی بستر پودری با چاپگر جوهر افشان قرار می دهد. اخیراً، زبان عامیانه رایج از این اصطلاح استفاده کرده است تا انواع بیشتری از تکنیک های تولید افزودنی مانند تولید افزودنی پرتو الکترون و ذوب لیزری انتخابی را در بر گیرد. ایالات متحده و استانداردهای فنی جهانی از واژه رسمی تولید مواد افزودنی برای این مفهوم گسترده تر استفاده می کنند.
رایج ترین روش چاپ سه بعدی (1946 تا سال 2018) یک تکنیک اکستروژن مواد است که به آن مدل سازی رسوب جوش داده شده یا FDM می گویند. در حالی که فناوری FDM پس از دو فناوری رایج دیگر، استریولیتوگرافی (SLA) و پخت لیزری انتخابی (SLS) اختراع شد، FDM به طور معمول ارزان ترین این سه روش با اختلاف زیاد است.
از سال 2020، چاپگرهای سه بعدی به سطحی از کیفیت و قیمت رسیده اند که به اکثر افراد اجازه می دهد وارد دنیای چاپ سه بعدی شوند. در سال 2020، چاپگرهای با کیفیت مناسب با قیمت کمتر از 200 دلار آمریکا برای دستگاه های سطح اولیه یافت می شوند. این چاپگرهای مقرون به صرفه معمولاً چاپگرهای مدل سازی رسوب تلفیقی (FDM) هستند.
