Wie heeft de 3D-printer uitgevonden?

Je hebt misschien gehoord dat 3D-printen wordt aangekondigd als de toekomst van de productie. En met de manier waarop de technologie zich heeft ontwikkeld en commercieel is verspreid, kan het heel goed de hype omringen. Dus, wat is 3D-printen? En wie heeft het bedacht?

Het beste voorbeeld om te beschrijven hoe 3D-printen werkt, is afkomstig uit de tv-serie Star Trek: The Next Generation. In dat fictieve futuristische universum gebruikt de bemanning aan boord van een ruimteschip een klein apparaat dat een replicator wordt genoemd om vrijwel alles te maken, zoals in alles, van eten en drinken tot speelgoed. Hoewel beide nu driedimensionale objecten kunnen weergeven, is 3D-printen lang niet zo geavanceerd. Terwijl een replicator subatomaire deeltjes manipuleert om te produceren wat een klein object te binnen schiet, drukken 3D-printers materialen in opeenvolgende lagen af ​​om het object te vormen.

Vroege ontwikkeling

Historisch gezien begon de ontwikkeling van de technologie in het begin van de jaren tachtig, zelfs vóór het eerder genoemde tv-programma. In 1981 publiceerde Hideo Kodama van het gemeentelijk industrieel onderzoeksinstituut van Nagoya als eerste een verslag over hoe materialen genaamd fotopolymeren die uitharden bij blootstelling aan UV-licht kunnen worden gebruikt om snel solide prototypes te fabriceren. Hoewel zijn papier de basis legde voor 3D-printen, was hij niet de eerste die daadwerkelijk een 3D-printer bouwde.

Die prestigieuze eer gaat naar ingenieur Chuck Hull, die in 1984 de eerste 3D-printer heeft ontworpen en gemaakt. Hij werkte voor een bedrijf dat UV-lampen gebruikte om taaie, duurzame coatings voor tafels te maken toen hij op het idee kwam om te profiteren van ultraviolet technologie om kleine prototypes te maken. Gelukkig had Hull een laboratorium om maanden aan zijn idee te sleutelen. 

De sleutel tot het laten werken van een dergelijke printer waren de fotopolymeren die in vloeibare toestand bleven totdat ze reageerden op ultraviolet licht. Het systeem dat Hull uiteindelijk zou ontwikkelen, bekend als stereolithografie, gebruikte een straal UV-licht om de vorm van het object uit een vat met vloeibaar fotopolymeer te schetsen. Terwijl de lichtstraal elke laag langs het oppervlak verhardde, zou het platform naar beneden bewegen zodat de volgende laag gehard kan worden.

Hij diende een patent in op de technologie in 1984, maar het was drie weken nadat een team van Franse uitvinders, Alain Le Méhauté, Olivier de Witte en Jean Claude André, een patent hadden ingediend voor een soortgelijk proces. Hun werkgevers hebben hun inspanningen om de technologie verder te ontwikkelen echter opgegeven vanwege 'gebrek aan zakelijk perspectief'. Hierdoor kon Hull het auteursrecht op de term 'stereolithografie' toepassen. Zijn patent, getiteld 'Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography', werd uitgegeven op 11 maart 1986. In dat jaar vormde Hull ook 3D-systemen in Valencia, Californië, zodat hij commercieel snel met prototypen kon beginnen.

Uitbreiden naar verschillende materialen en technieken

Terwijl het octrooi van Hull betrekking had op vele aspecten van 3D-printen, waaronder het ontwerp en de besturingssoftware, technieken en een verscheidenheid aan materialen, zouden andere uitvinders op het concept voortbouwen met verschillende benaderingen. In 1989 werd een patent verleend aan Carl Deckard, een afgestudeerde student van de Universiteit van Texas, die een methode ontwikkelde die selectieve lasersintering wordt genoemd. Met SLS werd een laserstraal gebruikt om poedervormige materialen, zoals metaal, samen te binden tot een laag van het object. Na elke volgende laag zou vers poeder aan het oppervlak worden toegevoegd. Andere variaties zoals direct metaallasersinteren en selectief lasersmelten worden ook gebruikt voor het bewerken van metalen objecten.

De meest populaire en meest herkenbare vorm van 3D-printen wordt fused deposition modeling genoemd. FDP, ontwikkeld door uitvinder S. Scott Crump legt het materiaal in lagen rechtstreeks op een platform. Het materiaal, meestal een hars, wordt afgegeven door een metaaldraad en, eenmaal vrijgegeven door het mondstuk, hardt onmiddellijk uit. Het idee kwam in 1988 bij Crump terwijl hij probeerde een speelgoedkikker voor zijn dochter te maken door kaarsenwas door een lijmpistool te verspreiden.

In 1989 patenteerde Crump de technologie en richtte samen met zijn vrouw Stratasys Ltd. op om 3D-printmachines te maken en verkopen voor snelle prototyping of commerciële productie. Ze namen hun bedrijf in 1994 publiek en tegen 2003 werd FDP de best verkopende rapid prototyping-technologie.