תלת מימד: ההמצאה שהחלה בכוס פלסטיק קטנה
בשנת 1945, כשתור הזהב של מדע בדיוני עיצב את דמיון הדורות הבאים, סופר אמריקאי בשם מארי ליינסטר פרסם סיפור שנשמע כמו פנטזיה טכנולוגית גרידא. הסיפור תיאר מכשיר שמשתמש ב"פלסטיק מגנטרוני" לייצור פריטים מציורים סרוקים, רעיון שהיה מופרך לחלוטין באותה תקופה, אך הניח את הזרעים הראשונים למה שיהפוך לאחת הטכנולוגיות המשנות ביותר. במדע בדיוני של שנות הארבעים, החזון הטכנולוגי שיקף את האופטימיות של התקופה, הדמיון המדעי עיצב תרבות פופולרית שחלמה על עתיד טכנולוגי מהפכני.
ב-1950 ריימונד פ. ג'ונס הרחיב את החזון והציג במגזין Astounding Science Fiction (אסטאונדינג מדע בדיוני) את הרעיון של "ריסוס מולקולרי" ליצירת פריטים. הסופרים לא הסתפקו בסיפורים מרתקים, הם הציגו חזון של עתיד שבו ייצור יהיה נגיש, מהיר ומדויק. בין דמיון למציאות היה פער עצום שנדרש לגשר אותו. עשרות שנים של פיתוח טכנולוגי היו נחוצות עד שההמצאות שעליהן חלמו הסופרים הפכו ממדע בדיוני למציאות מוחשית.
צעד ראשון לעבר מימוש הטכנולוגיה הגיע ב-1971 עם יוהנס פ. גוטוולד שקיבל פטנט על מכשיר בשם 'ליקוויד מטאל רקורדר'. הפטנט האמריקאי תיאר טכנולוגיית הזרקת דיו רציפה המשתמשת באבקת מתכת המסוגלת ליצור ולהמיס מחדש יצירות מתכת. המכשיר עצמו לא הפך למוצר מסחרי, אך הוא היה מבשר לטכנולוגיות הייצור האדיטיביות. הרעיון המרכזי, בניית עצמים שכבה אחר שכבה במקום חיתוכם מחומר גדול יותר, החל לקבל צורה מעשית ולהניח את היסודות למה שיבוא.
הכוס שהצתה את המהפכה
באמצע שנות השמונים, צ'ארלס "צ'אק" האל, מהנדס אמריקאי שעבד בחברה שהשתמשה באור אולטרה-סגול להקשחת ציפויי משטחים, התמודד עם בעיה מתסכלת שהפכה לקרן אור. במהלך עבודתו ב-UVP Inc. כסגן נשיא להנדסה, נאלץ ליצור אבות-טיפוס של חלקי פלסטיק שהיו צריכים להיות מוזרקים לתוך תבניות, תהליך שכינה "ממש מייגע". יצירת תבנית אחת לקחה מספר חודשים ועלתה הון רב, מכשול שמעכב חדשנות ופיתוח.
כשראה את הזמן והמאמץ הנדרשים למשימה, האל חיבר בין הנקודות בתובנה מהפכנית. "ראיתי בזה מכשול גדול לעצב חלק פלסטיק כי הייתי צריך לעצב חלק פלסטיק מדי פעם ולכן הייתי מתוסכל", הסביר מאוחר יותר. "קצת חיברתי את הנקודות. אם אוכל להדפיס הרבה מהשכבות האלה, אוכל לקבל חלק פלסטיק תקין, אז זה היה פשוט ה'אהה' הבסיסי." רגע התובנה שנראה פשוט בדיעבד היה למעשה קפיצת מחשבה מהפכנית שהניחה את היסודות לתעשייה שלמה.
ב-9 במרץ 1983, רגע היסטורי שלא זכה לפרסום מיידי: האל יצר את האובייקט המודפס הראשון בהדפסה תלת-מימדית בהיסטוריה, כוס קטנה לשטיפת עיניים (כלי רפואי קטן שנועד לשטיפת העיניים במקרה של גירוי, זיהום או חדירת חומרים זרים לעין). החפץ הצנוע הוכיח שייצור שכבה אחר שכבה באמצעות פוטופולימר נוזלי המתרפא בקרינת אולטרה-סגול אפשרי למעשה. התאריך הזה נחרט בהיסטוריה כנקודת המפנה שבה הפך הייצור האדיטיבי ממדע בדיוני למציאות מוחשית. האל לא הסתפק בהוכחת היתכנות, ב-8 באוגוסט 1984 הגיש פטנט על הטכנולוגיה וטבע את המונח "סטריאוליתוגרפיה", שנגזר משלוש מילים יווניות.
המירוץ הטכנולוגי והמפסידים הגדולים
סיפור ההמצאה מורכב יותר ומלא תפניות גורל מוזרות ממה שנראה לעין. בדיוק כשהאל עבד על הפטנט שלו, שלושה ממציאים צרפתים, אלן לה מהאוט, אוליבייה דה וויט וז'אן קלוד אנדרה, פיתחו תהליך דומה במקביל. בתפנית גורל אירונית, השלישייה הגישה פטנטים לטכנולוגיית סטריאוליתוגרפיה שלושה שבועות לפני האל. החברה שלהם, ג'נרל אלקטריק הצרפתית, לא ראתה בתהליך החדש פוטנציאל מסחרי משמעותי והחליטה שלא להמשיך עם התהליך. בקשותיהם ננטשו, והם פספסו הזדמנות עסקית ענקית.
ב-1986 האל הקים את '3D סיסטמס' למסחור הטכנולוגיה, ושנה לאחר מכן החברה הציגה את ה-SLA-1, המדפסת התלת-מימדית המסחרית הראשונה בעולם. המדפסת סימנה את המעבר מרעיון מעבדתי לכלי תעשייתי מעשי. תעשיית הרכב הייתה אחד הענפים הראשונים שזיהו את הפוטנציאל: ג'נרל מוטורס ומרצדס-בנץ החלו להשתמש במערכות של האל לבניית אבות-טיפוס וחסכו חודשים של עבודה ומיליוני דולרים. הסטריאוליתוגרפיה צמצמה תהליך שלקח מספר חודשים לכמה שעות בלבד, קפיצת מדרגה מהפכנית בעולם הייצור.
אך האל לא היה היחיד שפיתח טכנולוגיה מהפכנית. בסוף שנות השמונים סקוט קראמפ, מייסד שותף של 'סטרטסיס', רשם פטנט על טכניקה שונה לגמרי, Fused Deposition Modeling (FDM), מידול באמצעות שיקוע בהתכה. הטכניקה עבדה על ידי שחול חומרים תרמו-פלסטיים דרך זרבובית מחוממת, שכבה אחר שכבה. FDM הייתה פשוטה יותר, זולה יותר, ובסופו של דבר הפכה לטכנולוגיית ההדפסה התלת-ממדית הנפוצה ביותר כיום. במקביל, ד"ר קרל דקארד וד"ר ג'ו בימן מאוניברסיטת טקסס באוסטין פיתחו Selective Laser Sintering (SLS), סינטור לייזר סלקטיבי, שהרחיבה את מגוון החומרים הניתנים לשימוש כולל מתכות וקרמיקה.
הדמוקרטיזציה: מתעשייה למסות
בעוד ששנות השמונים והתשעים ראו את הטכנולוגיה מתפתחת בעיקר במעבדות ובתעשייה, העשור הראשון של המאה העשרים ואחת הביא את הדמוקרטיזציה. השינוי המשמעותי ביותר החל ב-2005 עם פרויקט 'רפ-ראפ' של ד"ר אדריאן באוייר מאוניברסיטת באת' באנגליה. באוייר הציג רעיון מהפכני המבוסס על עקרונות ביולוגיים: מדפסת תלת-מימד שיכולה להדפיס את רוב החלקים הדרושים לבניית מדפסת תלת-מימדית נוספת. הפילוסופיה הייתה פשוטה אך עמוקה, המכונה תייצר את החלקים שלה בדיוק ובחזרתיות, ובני האדם יסייעו בהרכבה. באוייר השווה זאת למוטואליזם בין פרחים לדבורים.
החלטה מרכזית נוספת הייתה לפרסם את כל העיצובים תחת רישיון קוד פתוח. באוייר הסביר את ההחלטה באנלוגיה ביולוגית: פרחים אינם מנסים לבצע מקבילה לזכויות יוצרים על הגנומים שלהם. גנום בונה את הפרח במטרה היחידה של הפצת עצמו בפוריות מופקרת ככל האפשר. ב-29 במאי 2008, ברגע סמלי של חדשנות, באוייר וויק אוליבר הציגו את מכונת RepRap הילד הראשונה השלמה והפועלת, שיוצרה על ידי מכונת RepRap האם. כמה שעות לאחר מכן, המכונה "הילדה" יצרה את החלק הראשון שלה.
הצעד הגדול הבא הגיע מיוסף פרוסה שהצטרף לתנועת רפ-ראפ ב-2010. ב-2012 הוא פיתח את "Prusa i3", מדפסת שבה צירי התנועה נבנו ממסגרת חתוכה בלייזר במקום ממוטות הברגה. במקביל, פקיעת פטנטים מרכזיים בתחילת שנות ה-2010 הובילה לגל של מדפסות תלת-מימד שולחניות במחיר סביר. מדפסות שעלו פעם עשרות אלפי דולרים הפכו זמינות במחיר של אלף עד שלושת אלפים דולר. הדמוקרטיזציה הביאה גם לפריחה של פלטפורמות הדפסה מקוונות, Thingiverse, Shapeways ו-Sculpteo אפשרו לאנשים להעלות ולשתף עיצובים. הטכנולוגיה שהתחילה כפתרון לבעיה מתסכלת של מהנדס אחד הפכה לתנועה עולמית.
תגובות (0)
אין עדיין תגובות. היו הראשונים להגיב!