Сочинение на тему 3d принтер как новое изобретение 21 века

Обновлено: 05.07.2024

3D печать появилась на свет 40 лет назад и открыла потрясающие возможности для создания различных моделей в прототипировании, стоматологии, мелкосерийном производстве, кастомизированных продуктов, миниатюр, скульптур, макетов и многого другого.

Кто же изобрел 3D-принтер? Какая технология 3D-печати была сначала? И что напечатали на 3D-принтере первым делом? Приоткроем завесу тайны над огромным количеством интересных фактов и историй о появлении технологии.

Итак, как все начиналось…

Этап 1: Рождение идеи

Доктор Хидео Кодама, создатель системы быстрого прототипирования (1980 г.)

Доктор муниципального промышленного исследовательского института в Нагоя, Хидео Кодама, подал заявку на регистрацию патента на устройство, которое с помощью УФ-засветки послойно формировало жесткий объект из фотополимерной смолы.

По сути, он описал современный фотополимерный принтер, однако не смог в течение года, как того требовало патентное право, предоставить необходимые данные для регистрации патента и забросил идею. Тем не менее, во многих источниках именно его называют изобретателем технологии 3D-печати.

Чак Халл, создатель лазерной стереолитографии SLA

В тоже самое время Чак Халл работал в компании, которая делала покрытия для столешниц и мебели при помощи ультрафиолетовых ламп. Производство небольших пластмассовых деталей для прототипирования новых конструкций изделий занимало до двух месяцев. Чаку пришла в голову идея ускорить этот процесс совместив УФ технологию и размещение тонкого пластика послойно. В компании ему выделили небольшую лабораторию для экспериментов, где он работал по вечерам и выходным. В качестве материала Чак использовал затвердевающие под воздействием ультрафиолета фотополимеры на акриловой основе. Однажды ночью после месяцев экспериментов он смог наконец напечатать образец и был настолько окрылен удачей, что пошел домой пешком. Чак показал свое изобретение жене. Это была чашечка для промывки глаза, больше похожая на чашу для причастия, по мнению жены. Она и считается официально первой 3D-печатной моделью в мире и по-прежнему хранится в семье Халл, а после их смерти будет передана в Смитсоновский научно-исследовательский институт в Вашингтоне.

Чашечка Халла

Карл Декард и Джо Биман (справа), изобретатели SLS 3D-печати (1987 г.)

Еще один новый способ 3D-печати появился примерно в то же время, что и SLA-печать. Это селективное лазерное спекание SLS, при котором лазер используется для превращения сыпучего порошка (вместо смолы) в твердый материал. Разработкой занимались Карл Декард, молодой студент бакалавриата в Техасском университете в Остине, и его преподаватель, профессор, доктор Джо Биман. Причем идея принадлежала Карлу. В 1987 году они вместе основали корпорацию Desk Top Manufacturing (DTM) Corp. Однако пройдет еще не менее 20 лет, пока SLS 3D-печать станет коммерчески доступной потребителю. В 2001 году компанию выкупил Чака Халл, 3D Systems.

Скотт Крамп, разработчик FDM способа 3D-печати (1988 г.)

Удивительно, но более простой и дешевый способ 3D-печати - FDM (Fused Deposition Modelling) был создан после SLA и SLS, в 1988 году. Его автором стал авиационный инженер Скотт Крамп. Крамп искал простой способ создания игрушечной лягушки для своей дочери и использовал горячий клеевой пистолет: расплавил пластик и разлил его по слоям. Так родилась идея FDM 3D-печати, технологии послойного наплавления пластикой нити. Крамп запатентовал новую идею и стал соучредителем Stratasys вместе со своей женой Лизой Крамп в 1989 году. В 1992 году они выпустили на рынок свой первый серийный продукт - Stratasys 3D Modeler.

Этап 2: 3D-печать становится доступной

Первые создаваемые 3D Systems и Stratasys агрегаты были громоздкими и дорогостоящими. Стоимость одного составляла сотни тысяч долларов, и использовать их могли только крупнейшие компании автомобильной и аэрокосмической отрасли. Принтеры имели массу ограничений и не могли широко применяться. Развитие технологии шло очень медленно. Спустя 20 лет, в 2005 году появился проект RepRap (Replicating Rapid Prototyper) — самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов.

Идею быстро подхватили трое техногиков из Нью-Йорка и открыли компанию по производству настольных FDM принтеров - MakerBot. Этот и стало вторым поворотным моментом в современной истории 3D-печати.

Параллельно шли разработки других технологий. Среди них можно выделить биопринтинг. Томас Боланд из Клемсонского Университета запатентовал использование струйной печати для 3D-печати живых клеток, что сделало возможным печать человеческих органов в будущем. Исследования в этой области ведут десятки компаний по всему миру.

Еще одним важным способом применения новой технологи стало создание протезов, сначала обычных, а потом и бионических. В 2008 году первый напечатанный протез был успешно трансплантирован пациенту и позволил ему вернуться к нормальному образу жизни.

Этап 3: 3D печать сегодня

В последние годы 3D-печать стала доступна массовому потребителю: цены на принтеры значительно сократились, а их использование стало удобнее. Фотополимерные 3D-принтеры печатают детализированные модели с высокой точностью и разрешением. Количество пользователей растет в том числе за счет огромного сообщества энтузиастов, готовых прийти на помощь новичкам. Этому способствует и наличие готовых файлов для 3D-печати и доступность программного обеспечение для создания моделей.

3D-печать становится уже стандартным решением в таких отраслях как стоматология, ювелирное дело, ортопедия, в других отраслях внедрение идет полным ходом. Перспективы бесконечны - от строительства домов до нейрохирургии, от печати шоколадом до печати металлом.

Александр Корнвейц,

Принтеры для печати объемных моделей появились на промышленных предприятиях, в образовательных организациях, стали доступны для домашнего использования, перестав быть эксклюзивным оборудованием. Когда и кем был придуман 3D-принтер, какие технологии объемной печати существуют и где применяются, что ожидает сферу 3D-оборудования в будущем?

Первый 3D-принтер: история создания

Интересно! Халл стал первым, потому что успел запатентовать свое изобретение. Но еще до него японец Хидео Кодама придумал технологию фотополимерного отверждения моделей и пытался в мае 1980 года получить патент, позднее — в 1984-м — французы Оливье де Витте, Ален ле Мехо и Жан-Клод Андре подавали заявку на свое изобретение аппарата стереолитографии. Но по тем или иным причинам ни первый, ни вторые не смогли запатентовать собственные разработки.

Технология печати заключается в следующем: жидкое светочувствительное вещество — фотополимер — выкладывается тонким слоем и тут же отверждается под воздействием УФ-лучей, превращаясь в пластмассу и обретая заданную форму.

В том же 1988 году, когда на рынок поступили 3D-принтеры Халла, другой американец, Стивен Скотт Крамп, предложил новый способ объемной печати — моделирование методом наплавления. И третья методика, представлявшая собой лазерное спекание фотополимера, но не раствора, а порошка, была представлена Карлом Декардом, инженером из Техасского университета.

Все три аппарата для печати 3D-объектов стали прототипами современных принтеров, предназначенных для создания объемных моделей. Первые агрегаты не отличались высоким качеством и точностью печатных изделий, но это был только первый шаг в прорывной технологии 3D-печати.

Эволюция в 3D-печати

Алгоритмы создания объемного объекта постепенно совершенствовались. Появились новые материалы и способы их обработки, повышалась точность печати и улучшалось качество готовых изделий. Каждый из методов изготовления 3D-моделей обладает своими преимуществами и недостатками. Для разных сфер производства подходит своя технология, и даже самая ранняя из всех остается актуальной спустя десятки лет после ее первого анонсирования.

Изготовление объектов методом ламинирования LOM (от англ. laminated object manufacturing) в 1985 году предложил Михаило Фейген. Объемная фигура формируется из тонких слоев пластика, бумаги, ткани, композитных материалов. Нарезку пленок по контуру ведут лазером, затем разогревают материал и соединяют послойно под давлением.

Важно! Стоимость материалов для LOM-печати невысока, это дает возможность максимально снизить себестоимость изделий. Но цена принтеров на порядок больше, чем, например, FDM-аппаратов, поэтому такая техника не востребована для персонального использования.

Аббревиатура SLS расшифровывается как selective laser sintering — селективное лазерное спекание. Процесс заключается в следующем:

порошок или гранулы рассыпаются тонким равномерным слоем;
лазерный луч спекает филамент в областях, заданных цифровой моделью;
насыпается и выравнивается следующий слой, и цикл повторяется до получения полного объекта.

Важно ! В одной камере принтера одновременно допускается печатать несколько моделей.

В качестве филамента выступают порошковые полимеры, керамические гранулы, нейлон и металлический порошок.

SGC (solid ground curing) — методика послойного уплотнения, внедренная инженерами компании Cubital (Израиль). Процедура печати заключается в проецировании шаблона на слой фотополимера. Засвеченный ультрафиолетовыми лучами участок затвердевает, полости заполняются воском, и начиняется формирование следующего слоя. Действия многократно повторяются, и возникает объемная деталь. По окончании процесса воск выплавляется.

Важно! Стоимость оборудования очень высока, а в качестве филамента применимы дорогостоящие токсичные полимеры.

Технология получила второе название — масочная стереолитография.

по технологии FDM печатают детали любой сложности;
ассортимент термопластов дает возможность выбрать для печати материал нужного цвета и с необходимыми свойствами;
сформированные объекты допускается обрабатывать — шлифовать, красить, доводить на станках с ЧПУ и вручную.

Демократичная стоимость принтеров и филамента обусловила их применение для домашнего использования.

RepRap

Проект Replicating Rapid Prototyper — сокращенно RepRap — запущен в 2006 году. Его цель — создать принтер, способный воспроизвести самого себя. Первый экземпляр самореплицирующегося аппарата был представлен в 2008 году. Он печатал около половины собственных конструктивных узлов и механизмов.

Схемы, чертежи и пояснительная документация доступны для скачивания в сети Интернет. Благодаря принтерам RepRap и свободному доступу к инструкциям любой желающий может наладить мелкосерийное производство по созданию 3D-моделей с минимальными вложениями на приобретение оборудования. Все затраты заключаются в приобретении пластика.

Первый пищевой принтер

3D-принтер в медицине

Что может напечатать биопринтер:

кровеносные сосуды;
кожу;
кусочки тканей;
хрящи;
целые органы — почки, мочевой пузырь, сердце.

Это интересно . Биопринтер используют для ускорения заживления ран. Прибор после сканирования повреждения печатает заполняющие рану ткани прямо на теле пациента.

Перспективы 3D-печати

Печать объемных объектов — технология будущего. Являясь настоящей многофункциональной и при этом компактной фабрикой, 3D-принтер будет использоваться во многих сферах: строительстве, медицине, автомобильной отрасли, электронике, пищевой промышленности, фармацевтике.

Строительство. Напечатанный дом больше не считается чудом. В Китае, Дубае и странах Европы уже есть архитектурные объекты, напечатанные огромными строительными 3D-принтерами , использующими в качестве филамента строительный раствор.
Медицина. Главное направление внедрения печатных устройств — получение органов для пересадки. Формирование кровеносных сосудов, кожных покровов с успехом практикуется в среде научных медучреждений.
Автомобилестроение. Для производства деталей уже сейчас применяется технология 3D-печати. Существуют прототипы, полностью созданные на принтере.
Пищевая промышленность. Кроме создания кулинарных шедевров, устройства печати будут задействованы для производства блюд с заданными свойствами — диетических, с точно рассчитанной пищевой ценностью. Еду для космических путешественников тоже предлагается печатать.

Это лишь незначительное количество областей применения технологии 3D-печати. Благодаря возможности снизить себестоимость изделий за счет уменьшения производственных затрат оснащаться печатающими устройствами будет все больше предприятий, а в быту они прочно займут место рядом с традиционными струйными и лазерными аппаратами.

Наука развивается быстрыми темпами, и сюжеты фантастических кинофильмов постепенно становятся реальностью. Самым известным изобретателям под силу воплощать смелые идеи. Изобретения русских и зарубежных исследователей постепенно становятся частью нашей жизни.

Новейшие технологии 21 века позволяют создавать уникальные приборы и установки. В публикации перечислены самые значимые и удивительные изобретения, изменившие жизнь многих людей.

Изобретения, которые изменили мир

Соцсети

Первая соцсеть была создана в середине 1990-х годов, но в этом списке будут рассмотрены онлайн-ресурсы, которые по-настоящему повлияли на жизнь человека в нынешнем веке. Самый популярный из них – Facebook.

Они повлияли на продвижение бизнес-проектов, рынок рекламы, ускорили глобализацию.

Искусственное сердце

В список изобретений 21 века нельзя не включить этот высокотехнологичный аппарат. Создание прибора AbioCor дало старт для дальнейших масштабных исследований в этой области.

Его применение доступно не каждому, поскольку важно, чтобы совпадали антропометрические характеристики. Но ученые продолжают совершать самые важные открытия в области медицины, используют различные разработки, чтобы сделать искусственное сердце более универсальным.

3D-принтеры

Перечисляя открытия 21 века, эксперты нередко упоминают 3D-принтеры. Эти необычные технические аппараты – очень полезные изобретения наших дней. Их применяют очень широко. Аппараты пригодятся для проектирования, распечатки небольших тиражей, изготовления разных деталей.

При этом руководство Соединенных Штатов и Англии признали незаконными любые разновидности оружия, которые были изготовлены на 3D-принтере.

Последние достижения разработчиков позволили за короткое время сделать технику более доступной и расширить область ее применения.

Бионические протезы, управляемые силой мысли

К числу величайших и значимых открытий современной био-кибернетики можно отнести протез BeBionic 3. Устройство стало лучшим открытием в этой сфере.

Рукой-протезом можно управлять импульсами, посылаемыми мозгом. Аппараты, которые выпускались раньше, могли только сгибаться и разгибаться в области ладони.

BeBionic 3 способен заменить потерянную конечность. Протез позволит завязать шнурки, приготовить пищу и выполнить другие действия, требующие мелкой моторики рук. За счет этого открытия 21 века британская компания RSLSteeper вошла в число самых известных изобретателей нашего времени.

Дополненная и виртуальная реальность

Уникальные научные открытия позволили разработчикам усовершенствовать мир виртуальной реальности. Специальные очки Oculus Rift по отдельным характеристикам в разы превзошли все аналоги.

Далее перечислены основные из них:

широкое поле зрения (110°);
технология, отслеживающая повороты головы;
большая безопасность для органов зрения;
более выразительный 3D-эффект.

Многие компании готовят релизы для геймеров, адаптированные прежде всего под эти очки. Можно с уверенностью сказать, что в современной России и за ее пределами Oculus Rift смогут завоевать сегмент этого рынка.

Кроме того, очки виртуальной реальности планируют применять для ведения трансляций спортивных игр и разных важных событий. Их также используют для тренировок солдат в США.

Если говорить о дополненной реальности, то нельзя не упомянуть Google Glass. Инновационная техника не получила должного отклика у потребителей. Ее производство приостановили, но планируется запуск нового поколения Google Glass.

Дополненную реальность применяют в оборонной, медицинской сфере, образовании и пр. Среди игр можно упомянуть Pokemon Go, которая вышла в 2016 году.

Большой адронный коллайдер

Эта экспериментальная установка стала крупнейшей в истории человечества. При работе БАКа в кольцах происходит разгон и столкновение тяжелых частиц.

Затем ученые изучают продукты распада, на основании результатов исследований удается делать разные научные открытия.

БАК позволяет исследователям лучше постигать, как устроен мир. В создании Большого адронного коллайдера участвовали самые известные современные изобретатели.

Интересные изобретения

Зубные датчики

Ученые National Taiwan University (Национальный университет Тайваня) полагают, что стоит тщательно отслеживать пищевое поведение и другие процессы (говорение, кашель).

Для этого исследователи применяют достаточно странные изобретения – специальные датчики, которые фиксируют примерный объем еды, напитков, определяют, что делает человек по тому, как движется его челюсть. Эти сведения позволят врачам составлять индивидуальную диету для каждого больного.

Робот-хирург

По мнению многих экспертов, время для таких роботов уже настало: их серийный запуск и применение уже началось.

Самым известным из них стал daVinci, который был разработан, чтобы выполнять оперативные вмешательства. Такими роботами управляют хирурги. Подобные системы постоянно используют для разных операций.

Голограммы

В Японии проводятся концерты с участием выдуманного персонажа – виртуальной певицы Хацунэ Мику. Но пока голограммы не получили распространения, и разработки продолжаются. Их основная цель — повысить качество трехмерных изображений.

Беспилотники и дроны

Дроны и боевые дроны изначально применяли военные. Но теперь любой может купить себе модель, чтобы делать фото и видео с высоты.

Для беспилотников требуются постоянный обмен данными с пультом дистанционного управления. Дроны выполняют задачи автономно.

Их планируют применять для доставки лекарственных препаратов, продуктов и иных грузов. Дроны могут замерять показатели в тех местах, где опасно находиться людям.

Наш мир – штука динамичная, и практически каждый день мы узнаём о новых интересных изобретениях, которые облегчают нашу жизнь, да и в целом способствуют прогрессу. Почти два десятилетия 21 века принесли немало значимых изобретений. О самых ярких из них мы и поговорим в этой статейке. Итак, вашему вниманию представляется ТОП-7 изобретений начала 21 века по версии TOPOR.INFO!

7 место. Большой адронный коллайдер

Большой адронный коллайдер (БАК) – изобретение, породившее множество теорий заговора. Любители конспирологии находили взаимосвязь между запуском коллайдера и природными катаклизмами; убеждали общественность, что из-за его работы Землю поглотит чёрная дыра; даже есть мнение, что БАК на самом деле используется не по назначению, а для тайных экспериментов тайного правительства. Но в наш ТОП он попал не за это.

Сущность работы Большого андронного коллайдера в том, что в его кольцах разгоняются и сталкиваются тяжёлые частицы, а изучение продуктов их распада позволяют делать множество открытий в области энергий. В частности, было открыт Бозон Хиггса, подтверждено существование топ-кварка и много других интересных вещей, которые навели немалый шум в мире физиков. Так что БАК – это одно из достижений, которое помогает нам познавать устройство нашего мира.

6 место. Космический корабль SpaceShipOne

Управляемый суборбитальный космический корабль, который может перевозить до 3-х пассажиров – такая характеристика дается аппарату SpaceShipOne. Под суборбитальной понимается высота более 100 км, а это уже космос. Сегодня космический корабль не используется, т.к. свои основные задачи он выполнил – принёс победу в конкурсе своим создателям (да был такой конкурс, где нужно было такой аппарат сварганить), и доказал, что космический туризм доступен уже сегодня. Всего SpaceShipOne совершил 17 полётов.

Сейчас активно дорабатывается SpaceShipTwo, который может перевозить 6 пассажиров и 2 пилотов. Тестируется он уже с 2010 года, и в ближайшее время компания-разработчик обещает совершить первый космический пассажирский перелёт. Правда стоить такое удовольствие будет немало.

5 место. Виртуальная и дополненная реальность

Oculus Rift – разработка, которая вывела виртуальную реальность на новый уровень. Эти очки виртуальной реальности по некоторым пунктам в несколько раз превосходят конкурентов. В особенности отмечается самая большая область видимости, наличие технологии отслеживания движений головы, безопасность для глаз, улучшенный эффект 3D, что в совокупности обеспечивает более глубокое погружение в виртуальную реальность. Oculus Rift должен стать наиболее доступным вариантом для любителей 3D-игр. Да и ведущие представители гейм-индустрии подготавливают новые игрушки, которые в первую очередь совместимы с Oculus Rift. В общем, можно ожидать, что эти очки виртуальной реальности скоро окончательно захватят свой сегмент рынка.

Что касается дополненной реальности, то тут стоит отдать должное изобретению Google Glass. Несмотря на всю свою инновационность, должного признания этот гаджет не получил. Сейчас производство Google Glass приостановлено, но ожидается выход второго поколения этих очков. Дополненная реальность используется во многих сферах: в медицине, в обороне, обучении и, конечно же, в играх. В июле 2016 дополненная реальность привлекла к себе внимание с выходом Pokemon Go, где данная технология взята за основу. Несомненно, эта технология будет развиваться, и наверняка облегчит нам жизнь. Кто знает, что там задумали в Google, ведь уже сегодня есть наработки линз дополненной реальности.

4 место. Протез, управляемый силой мысли

BeBionic 3 – изобретение, ставшее значимым достоянием био-кибернетики. Этот бионический протез на сегодняшний день лучший в своём роде. Искусственная рука управляется посредством импульсов, которые посылает мозг. Предшественники зачастую ограничивались лишь простым сгибанием-разгибанием ладони, когда BeBionic 3 может служить полноценной заменой утраченной конечности.

Найджел Экланд, один из обладателей этого изобретения, может спокойно завязывать шнурки, готовить еду и выполнять прочие мелкие манипуляции. Однако доступно такое благо не для каждого, ведь его стоимость составляет около 15 000 британских фунтов.

3 место. 3D-принтер

В тройку лидеров вошло такое революционное изобретение 21 века, как 3D-принтер. Технология 3D-печати открыла миру немало интересных возможностей. В особенности это отразилось на инженерии, т.к. теперь гораздо удобнее и менее затратнее работать с моделями. Непосредственно в домашних условиях можно создавать модели и небольшие детали практически любой сложности. 3D-печать постепенно внедряется и в строительство зданий, и в производство автомобилей, и даже в изготовлении деталей оружия.

3D-печать очень кстати пришлась и в медицине: упростилось производство протезов и имплантов, а также начато производство некоторых лекарств посредством 3D-печати. Отдельно стоит упомянуть, что сегодня проводятся эксперименты (и довольно многообещающие) по печати донорских органов, что в перспективе может спасти немало жизней. Так что 3D-принтер – действительно революционное изобретение!

2 место. Автономное искусственное сердце

Речь пойдёт об искусственном сердце AbioCor, изобретение которого дало основу для будущих разработок в этом направлении. AbioCor может продлить жизнь пациенту, имеющему тяжёлую сердечную недостаточность. К сожалению, на момент появления технологии такое сердце могло вживляться только людям с определёнными антропометрическими данными. Заряда батареи хватало только на час. Однако искусственное сердце работало, люди продолжали жить.

Сегодня благодаря опыту AbioCor внедряются новые технологии, которые в перспективе могут спасти не один миллион жизней, т.к. по статистике болезни сердца являются самыми распространёнными причинами смертей в мире. Именно поэтому данное изобретение стоит на втором месте нашего ТОПа.

1 место. Социальные сети

Да-да, именно социальные сети. Конечно, вы можете сказать, что первая социальная сеть появилась в 1995 году и всё такое… Однако мы будем отталкиваться от изобретения, а точнее разработки самой популярной на сегодняшний день социальной сети – Facebook. Именно она и множество остальных популярных сегодня подобных сайтов являются достоянием 21 века. Социальные сети незаметно для нас самих прочно вошли в нашу жизнь. Они не только изменили образ общения в социальном плане, но и во многом повлияли на продвижение бизнеса, навели колоссальный сумбур в маркетинге, повлияли на рынок рекламы и в целом буквально пронзили просторы Интернета своим присутствием.

Заключение

Читайте также: