3D Printing geschiedenis en ontwikkeling – Hoe het allemaal begon

De geschiedenis van 3D-printen is ouder dan we denken. Het gaat terug tot de 19e eeuw. Drieedom neemt je mee op een reis door de tijd, inclusief een moord.

Ja, echt waar!

19e eeuw: Een vroeger begin dan gedacht

1859: François Willème vindt de eerste 3D-scanner uit

De Franse beeldhouwer/fotograaf François Willème uit Parijs presenteert de eerste 3D-scanner ter wereld, die de voorloper werd van de fotogrammetrie. Hij fotografeerde een voorwerp vanuit verschillende perspectieven met 4 camera’s om een 3D-model te creëren met behulp van pantografie.

De uitvinder zelf verklaart in zijn octrooischrift aan het Octrooibureau van de Verenigde Staten in 1864 dat zijn procédé zelfs ongeschoolde mensen in staat stelt beeldhouwwerken te maken van levende of niet-levende modellen. Volgens hem gebeurt dit met een hogere snelheid en tegen lagere kosten dan met conventionele methoden. Verder schrijft hij dat zijn methode ook kleinere of grotere objecten kan genereren dan het origineel.

Octrooi US43822A – Fotograferen van Sculpturen

François Willème vindt fotosculptuur uit: vroege 3D-beeldvorming

1892: Jospeh E. Blanther: Soldaat, Ridder, Visionair, Bedrieger, Moordenaar en dan Leraar?

In 1892 vond Joseph E. Blanther, een Oostenrijker, een methode uit om reliëfkaarten te maken. Deze werden gemaakt door wasplaten te lamineren en vervolgens de vorm uit de wasplaten te snijden door ze op elkaar te lijmen. Zo werd, net als bij het 3D-printen van vandaag, een 3D-kaart laag voor laag opgebouwd.

Helaas lijkt zijn uitvinding niet het gewenste succes te hebben gebracht. Maar hij leefde nog steeds groots. Hij financierde zijn “levensstijl” door “vriendschappen” met rijke vrouwen en weduwen. Zijn leven als visionair eindigde mogelijk op het moment dat hij een van zijn partners in haar huis vermoordde.

Pas twee jaar later werd hij gepakt, nadat een man zijn foto had gezien op het bureau van de sheriff in een klein Texaans stadje en hem herkende. Joseph was nu leraar in Koppearl en had zijn naam veranderd in Archibald Forbes. Nadat zijn ware identiteit was onthuld en hij was gepakt, pleegde hij zelfmoord in zijn cel met een gifcocktail. Blijkbaar was hij voorbereid op zijn gevangenneming en had hij het gif in zijn hoed verstopt.

Octrooi US473901A – Vervaardiging van reliëfkaarten met contour – Vervaardiging van reliëfkaarten

Krantenartikel over de moordzaak uit Sacramento Daily Union, Volume 91, Nummer 87, 24 mei 1896.

The Knight Falls: De moord op Mrs. Langfeldt, 1896, San Francisco

20e eeuw: De eeuw van 3D-printen (tot nu toe)

Uit onderzoek blijkt dat 3D-printing in de 20e eeuw aanvankelijk een lange droogteperiode doormaakte. Na de uitvinding van de reliëfkaarten werden aanvankelijk geen innovatieve verdere ontwikkelingen van de technologie opgetekend (per 03/2020 – maar ik ben hier nog aan het zoeken om misschien iets te vinden).

Hier moet ik toegeven dat ik Chuck Hull lange tijd heb omschreven als DE uitvinder van 3D-printen. Daarom zal ik sommige teksten in de blog in dit opzicht aanpassen. Zoals u zult zien, is er eigenlijk geen uitvinder in die zin dat verschillende wendingen in de geschiedenis ertoe hebben geleid dat sommige vroegere uitvindingen eenvoudigweg niet de nodige aanvaarding hebben gekregen vóór Chuck Hulloctrooi Chuck Hull.

1980: Hideo Kodama (SLA)

Dr. Hideo Kodama van het Nagoya Municipal Industrial Research Institute in Japan was een van de eerste onderzoekers die zich bezighield met het principe van het uitharden van vloeistoffen met behulp van een laserstraal. Hij vroeg zijn octrooi hierop reeds in 1980 aan onder nummer JPS56144478A. Hij beschreef het principe in zijn octrooiaanvraag als volgt:

“Een vat met fotopolymeermateriaal wordt blootgesteld aan UV-licht. Dit licht verhardt het materiaal in de kuip, waardoor laag voor laag een model ontstaat.”

Stereolithografie werkt ook volgens dit proces. Helaas had hij problemen met de financiering van zijn octrooi en kon hij het niet binnen de termijn van een jaar na indiening volledig laten registreren.

Foto bron: Koichi Kitayama

Meer informatie: Hideo Kodama – Heeft hij de eerste SLA printer uitgevonden?

1984: Alain le Méhauté, Olivier de Witte en Jean-Claude André (SLA)

Alain le Méhauté deed onderzoek naar fractale geometrieën en zocht een manier om aan zijn sceptische collega’s te bewijzen dat zijn vergelijkingen klopten. Daarom zocht hij naar een methode waarmee hij zijn berekende voorwerpen ook plastisch kon laten zien.

Verschillende besprekingen met Olivier de Witte en Jean-Claude André resulteerden in het idee van een apparaat dat vloeistoffen verhardt wanneer zij met licht worden bestraald. Haar eerste gedrukte object was een wenteltrap. Zij vroegen hun patent aan voor het stereolithografieproces drie weken voordat de Amerikaanse Chuck Hull Amerikaanse. In 1986 werd het Franse octrooi verleend en ging de naam stereolithografie de geschiedenis in. Niet in het minst ook door de ons bekende bestandsextensie.STL.

Niet-erkend potentieel leidt tot verkeerde beslissingen

Hun uitvinding vond echter niet de steun waarop zij hoopten. Het instituut waar zij werkten zag er geen marketingpotentieel in, zodat geen verdere financiering beschikbaar werd gesteld om een marktrijp product te vervaardigen. Het instituut zag de uitvinding niet als een 3D-printer, maar eerder als een machine voor de plastische uitvoering van complexe geometrieën en vergelijkingen.

Foto bron: Andrew Kovalev

Meer informatie: Fransen vinden stereolithografie uit, maar niemand geeft erom…

1984: Chuck W. Hull (SLA)

In het begin van de jaren tachtig werkte Chuck W. Hull voor een klein bedrijf dat UV-licht gebruikte om tafels een robuust plastic oppervlak te geven en om tafelkleden, vloerbedekkingen en dergelijke te repareren. Dit fascineerde Chuck zo erg dat hij zijn avonden en weekends doorbracht in het kleine laboratorium dat zijn bedrijf hem ter beschikking stelde.

Hij deed onderzoek naar het gedrag van fotopolymeren onder UV-licht en had op een nacht de optimale instellingen gevonden om er een echt voorwerp mee te maken. In 1984 registreerde hij zijn octrooi voor stereolithografie en in 1986 richtte hij 3D Systems op, een bedrijf dat nu wereldwijd bekend is.

De uitvinder van 3D printen: Chuck W. Hull
Afbeelding bron: industryweek.com

Meer informatie: Chuck Hull

1987: Carl R. Deckard (SLS)

In de jaren 80 was Carl R. Deckard student werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Texas en werkte hij tegelijkertijd voor het bedrijf TRW Mission, dat producten voor de oliewinning vervaardigde. De productiemachines waren hypermodern en er werd al met CAD gewerkt. Maar vanuit Carl’s oogpunt werden er nog steeds te veel gietstukken en dus mallen gebruikt.

De uitvinding van Carl Deckard wordt “revolutionair” genoemd in de krant Austin-American-Statesman.

Hij werkte enkele jaren aan de verwezenlijking van zijn idee om voorwerpen te kunnen vervaardigen zonder mallen. De universiteit erkende het potentieel van zijn werk en zo kon hij zich tijdens zijn masteropleiding en vervolgens als doctorandus wijden aan de verbetering van zijn technologie.

Een patent waar de universiteit van hield

Het octrooi voor selectief lasersinteren (SLS) werd in 1987 aangevraagd en in 1989 verleend. Externe bedrijven gaven de technologie in licentie, waardoor de universiteit van Texas gedurende verscheidene jaren de hoogste octrooi-inkomsten van al haar octrooien verwierf.

Carl R. Deckard is helaas overleden op 23 december 2019.

Meer informatie: Carl R. Deckard – De uitvinder van selectief lasersinteren

1989: Steven Scott Crump (FDM)

Toen werktuigbouwkundig ingenieur Steven Scott Crump een speelgoedkikker wilde maken voor zijn tweejarige dochter, combineerde hij dat met zijn idee voor een machine die 3D-objecten zou maken. Dus begon hij was te mengen met plastic in de keuken van zijn huis.

Hete lijmpistool als startpunt voor een geslaagd verhaal

Met een hete lijmpistool slaagde hij erin 3D-voorwerpen te maken. Volgens de overlevering leek de kikker meer op gesmolten plastic dan op een echte kikker. In de loop van de tijd kwam hij op het idee om zijn hete lijmpistool te bevestigen aan een apparaat met XYZ-assen om de productie te automatiseren.

Hij vond Fused Deposition Modelling (FDM) uit en patenteerde het proces in 1989. In 1992 kwam de eerste volledig functionele FDM-printer op de markt. Zijn vrouw Lisa en hij richtten het bedrijf Stratasys op, waarvan hij vandaag nog steeds lid is van de raad van bestuur.

Meer informatie: S. Scott Crump – De uitvinder van het FDM proces

Wordt vervolgd…