در این مقاله به زندگینامه Charles W Chuck Hull می پردازیم؛ داستان موفقیت او به عنوان «پدر چاپ سه بعدی» که فرآیند تولید صنعتی را برای همیشه تغییر داد. امروزه، چاپ سه بعدی استریولیتوگرافی نقش مهمی در صنایع، تولیدات و مهندسی پزشکی دارد.
در سال 1983، Chuck Hull تکنیک ساخت افزایشی Stereolithography را اختراع کرد که با نام چاپ سه بعدی SLA (متریال فوتوپلیمر رزین) هم شناخته می شود. درست در همان سال، اولین قطعه چاپ شده بوسیله این تکنیک را نیز تولید کرد. نوآوری او صنعت 3D Print را برای همیشه دگرگون کرد و درهای جدیدی را برای وقوع انقلابی، نه تنها در این صنعت، بلکه در زمینه‌های دیگری مانند خودروسازی، هوافضا و پزشکی گشود.
تحصیلات و سابقه شغلی چاک هال
چاک هال با نام کامل «چالرز دبلیو چاک هال» در 12 می 1939 در کلیفتون کلرادو کشور آمریکا متولد شد. او پس از فارغ‌التحصیلی از دبیرستان مرکزی شهر گراند جانکشن کلورادو، به تحصیل در رشتۀ مهندسی فیزیک در دانشگاه همان شهر پرداخت. در سال 1961 لیسانس خود را گرفت و بدون معطلی کار کردن منظم را در شرکتهای صنعتی آغاز کرد.
جرقه ایدۀ اولیه
هال می گوید که اختراعش از تلاش برای حل یک مشکل شروع شد؛ در سال 1983 (اولین باری که ایدۀ چاپ قطعات سه بعدی به ذهنش خطور کرد)، در شرکتی حوزه صنعت مبلمان کار میکرد که برای سخت کردن پوشش روی میزها از نور UV استفاده می کردند. او در طول کار مجبور بود نمونه‌های پلاستیکی را از طریق قالب‌گیری تزریقی تولید کند که خودش آن را «فرایندی واقعاً خسته کننده» توصیف میکرد. او با در نظر گرفتن زمان و تلاش لازم برای این کار، به دنبال راهی بود که روند کاری خود را ساده تر و سریع تر کند. برای انجام این وظیفه باید راه کارآمدتری وجود میداشت:
«من طراحی قطعات پلاستیکی را مانع بزرگی می دیدم زیرا مجبور بودم مدام آنها را بسازم و کاری دشوار بود. در ذهنم دو دوتا کردم؛ اگر بتوانم این لایه ها را چاپ کنم، می توانم خیلی سریعتر قطعه ای پلاستیکی بسازم، در نتیجه ایدۀ اولیه همین جا شکل گرفت.»
ایدۀ او دقیقا این بود که اگر بتوان هزاران لایۀ نازک پلاستیکی را روی هم قرار داد و با استفاده از نور به آنها شکل داد، می توان اشیای سه بعدی تولید کرد. پس از یک سال کلنجار رفتن با این ایده در اتاق آزمایشگاه، او سیستمی را توسعه داد که در آن نور به یک مخزن فتوپلیمر تابانده می شد و به آن شکل می داد؛ (فتوپلیمر مایعی است که در معرض نور سخت و جامد می شود. یعنی هر لایه مایع تدریجا نوردیده میشود تا زمانی که قطعه کامل شود).
ویدئویی کلیپ برنامه صبح بخیر آمریکا در سال 1989: چاک هال درباره اختراع خود توضیح میدهد؛ در حالیکه چندین دهه از انتشار این فیلم می گذرد، فناوری ابداعی او تاثیر عمیقی بر صنعت گذاشته است.
او پس از ثبت اختراع خود در سال 1986، شرکت استارت آپی خود بنام 3D Systems را تاسیس کرد و به دنبال تامین بودجه و جلب سرمایه گذار رفت، که در نهایت توانست 6 میلیون دلار (3.5 میلیون پوند) از سرمایه گذاری کانادایی دریافت کند. یک سال بعد در 1987، شرکت او اولین چاپگر سه بعدی را بصورت تجاری عرضه کرد: SLA-1. که بسیار مورد توجه خودروسازان، فعالان هوافضا و شرکت های طراحی تجهیزات پزشکی قرار گرفت.
فناوری چاپ سه بعدی او فروش چشمگیری بین تولیدکنندگان خودرو، بخش هوافضا و شرکت های طراحی تجهیزات پزشکی داشت. خیلی زود، غول های صنعتی مانند جنرال موتورز و مرسدس بنز نیز از سیستم های او برای ساخت نمونه های اولیه استفاده کردند؛جنرال موتورز و مرسدس بنز از پرینترها، متریال و نرم افزار 3D Systems استفاده کردند اما پیشرفت های پزشکی بود که موجب حیرت Chuck Hull شد: مانند زمانی که مدل های پیشرفتۀ جراحی با استفاده از این تکنولوژی تولید شدند.
«برای من حیرت انگیز بود که کسی از این فناوری بدین شکل در جراحی پزشکی استفاده کند.»
درباره مخترعان ژاپنی و فرانسوی ناکام پرینتر سه بعدی رزینی:
- هایدئو کوداما | 1984-1981
در برخی منابع رسمی اعلام شده است که در سال 1981 اولین بار یک ژاپنی بنام دکتر Hideo Kodama پژوهشگر موسسه صنعتی Nogaya، ایده (patent) دستگاهی برای ساخت افزایشی سریع را ارائه داد (دستگاه وی جد اولین چاپگر سه بعدی جهان محسوب میشود). وی اولین کسی در جهان بود که ایده ساخت سه بعدی با تابش UV روی مایعات حساس به نور را مطرح کرد ولی متاسفانه اختراع او توسط موسسه پیگیری نشد و خودش نیز نتوانست سرمایه گذار مناسبی برای دستگاه ابداعی خود پیدا کند.
این در حالی بود که در همین سالها Steven Scott Crump و Chuck Hull در آمریکا patent چاپگرهای سه بعدی FDM و SLA را ارائه کردند و بجهت شرایط اقتصادی خوب آمریکا (که همزمان با دهه انفجار تکنولوژی در این کشور بود و سرمایه داران در انبوهی از دلار غوطه ور بودند و بشدت دنبال افرادی باهوش بودند تا ایده های تکنولوژیکشان را به تجارتی پر سود تبدیل کنند)، patent فناوری بنام کشور آمریکا ثبت گردید و با جذب سرمایه، سریعا کمپانی های استارت آپی خود را نیز تاسیس کردند و اختراعشان به محصول تجاری آینده داری تبدیل شده است.
- تیم فرانسوی
در طی دهه 80 میلادی در فرانسه نیز کسانی همچون le Méhauté - Jean Claude André - Alain le Méhauté پتنت چاپگر سه بعدی استریولیتوگرافی (همان اختراع Chuck Hull در آمریکا) را مطرح کرده بودند که البته همگی بدشانس بودند و بخاطر عدم سرمایه گذاری و دیگر مشکلات، تحقیقاتشان پیگیری نشد.
چاک هال در 8 آگوست 1984 درخواست ثبت اختراع «دستگاه تولید اشیاء سه بعدی به شیوۀ استریولیتوگرافی» را ارائه داد و اصطلاح استریولیتوگرافی Stereolithography را بوجود آورد. حق ثبت اختراع در 11 مارس 1986 صادر شد. با ابتکار چاپ استریولیتوگرافی مسیر مهندسی ساخت و تولید صنعتی نیز تغییر کرد. خیلی زود این روش به شکل گسترده در نمونه سازی سریع و محصولات کانسپت صنعتی و پزشکی مورد استفاده قرار گرفت. در واقع، اختراع اولیۀ هال با لایه های نازک چاپی که توسط اشعه ماورابنفش پرداخت می شدند، واقعا خوب کار می کرد!
امروز، «چاک هال» 93 حق ثبت اختراع در ایالات متحده و 20 مورد در کشورهای اروپایی به نام خود دارد و جایزۀ مخترع اروپا در دستۀ کشورهای غیر اروپایی در سال 2014 را از آن خود کرده است؛ برخی از آنها ابداعاتی بین المللی در زمینه اپتیک و بقیه پتنت‌های صنعت چاپ سه بعدی است که وی در توسعه آنها سهیم بوده است. همچنین جایزۀ اختراع پیشگامانه سال 2015 نیز به او تعلق گرفت.
چاک هال در واکنش به این افتخار بزرگ با فروتنی چنین پاسخ میدهد:
از اینکه مفتخر هستم جایزه سالانه کنگره Washington Award سال ۲۰۱۷ را دریافت کنم، بسیار خوشحالم. باور اینکه من بعد از بزرگانی چون هنری فورد، الیور رایت و نیل آرمسترانگ … جایزه مهندسی را دریافت کرده‌ام، سخت است.
تاریخچه «Western Society of Engineers» و جایزه «Washington Award» به سال ۱۹۱۶ میلادی برمی‌گردد. گروهی از مهندسین آنرا بنیان نهادند.
جالب است بدانید که فرمت سه بعدی STL (stereolithography format)، فرمت استاندارد فایل برای آماده‌سازی یک مدل CAD برای پرینترهای سه بعدی است. هال این فرمت کامپیوتری را نیز ابداع کرده است!
پیش بینی درست آینده صنعت
حدود سال 2010، بیش از 20 سال پس از شروع کار چاک هال، پرینترهای سه بعدی تبدیل به محصولی نسبتاً ارزان شدند و به خانه های شخصی نیز راه یافتند. هال در همان سالهای دهه 80 میلادی پیش بینی درستی کرده و به همسرش گفته بود که 25 سال طول می کشد که این تکنولوژی به خانه های مردم راه پیدا کند.
امروز که با پدر چاپ سه بعدی صحبت می کنید، او منتظر است که ببیند خلاقیت خودش تا کجا پیش می رود و در آینده به کجا منتهی می شود.
«اگر خلاقیت و نوآوری داشته باشید، همیشه فرصت وجود دارد.»
هال در یک مصاحبه می گوید: «من همیشه می گویم، من آدم چندان پیشرویی نیستم. قطعاً مزایای این اختراع بی‌نیازی به ابزارهای سنتی و زمان بر، طراحی های سفارشی و تولید خودکار قطعات پلاستیکی بود. اما این تنها یک گام دیگر در تولید دیجیتال محسوب می شود و بخشی از یک حرکت کلی است؛ در آینده، مردم حتی به آن فکر هم نمی‌کنند. این تنها راهی عادی برای تولید قطعات پلاستیکی خواهد بود. در مورد قطعات فلزی نیز همین امر صادق است، فقط این که در حال حاضر آنها قطعاتی تخصصی تر هستند. اما آنها هم در همان سطح پیشرفت می کنند.»
داستان 3D Systems
شرکت 3D Systems از یک جرقۀ ذهنی متولد شد و با وجود گذشت چندین دهه، همچنان در صنعت 3D Printer پیشگام محسوب میشود. این شرکت امروزه بسیار قدرتمند و ارزشمند بوده و بصورت بین‌المللی در زمینۀ پرینت سه بعدی فعالیت می کند و متخصصین آن در کار حل مشکلات تجاری، طراحی و مهندسی تلاش می کنند.
کارکنان این مجموعه از بخش های دیجیتال سازی، طراحی و شبیه سازی گرفته تا تولید، بازرسی و مدیریت، در امر بهینه سازی محصولات و تسریع سفارشات به صورت یکپارچه تلاش می کنند. این شرکت با داشتن سخت افزار، نرم افزار و متریال پیشرفته و همچنین یک تیم متخصص بین‌المللی در حال دگرگون کردن فرایند تولید قطعات است.
تایم لاین فعالیتهای چاک هال
1983
چاک هال اولین قطعۀ چاپ سه بعدی را از طریق استریولیتوگرافی تولید میکند.
1984
چاک هال دستگاه استریولیتوگرافی (SLA) را ثبت اختراع کرد.
1986
شرکت 3D Systems توسط چاک هال بعنوان اولین شرکت چاپ سه بعدی تجاری جهان بنیانگذاری میشود.
1987
شرکت 3D Systems اولین پرینتر سه بعدی استریولیتوگرافی جهان با نام SLA-1، را به بازار تجاری آمریکا و اروپا عرضه میکند.
1989
فناوری Selective Laser Sintering : SLS توسط این شرکت ثبت اختراع میگردد.
1993
دستگاه حسگر بازخورد-نیرویی لمسی Patent for groundbreaking force-feedback haptic device filed ثبت اختراع شد.
1996
فرایند تجاری سازی برای سیستم های سه بعدی مبتنی بر پودر ColorJet Printing :CJP آغاز میشود.
1996
شرکت 3D Systems پرینترهای سه بعدی MultiJet Printing :MJP را به بازار عرضه کرد.
2000
عرضۀ اولین شبیه ساز جراحی واقعیت مجازی Simbionix
2006
نرم افزار طراحی مبتنی بر اسکنِ اختراع شده برای مهندسی معکوس به بازار عرضه میشود.
2009
شرکت 3D Systems قابلیت On Demand Parts Manufacturing را راه اندازی کرد.
2013
شرکت 3D Systems فناوری Direct Metal Printing (DMP) را به کارهایش اضافه میکند.
2014
شرکت 3D Systems دامنۀ کاری خود را با برنامه جراحی مجازی (VSP) و محصولات و خدمات بهداشتی سه بعدی گسترش میدهد.
2014
چاک هال به تالار مشاهیر مخترعان ملی راه یافته و جایزۀ مخترع اروپا را از آن خود میکند.
2016
شرکت 3D Systems نسل بعدی تکنولوژی استریولیتوگرافی، یعنی Figure 4 SLA، را به نمایش میگذارد.
2018
شرکت 3D Systems سیستمهای مقدماتی صنعتی و مبتنی بر تصاویر پروژکتوری را به کارهای سه بعدی خود می افزاید.
آینده
این شرکت همچنان به مشتریان خود کمک می کند تا از طریق تولیدات این شرکت راه حل هایی برای بهبود کسب و کار خود بیابند.
در پایان بد نیست اضافه کنیم که تقریبا همزمان با پژوهشهای چاک هال در آمریکا، کسان دیگری در سایر نقاط جهان همچون هایدئو کودامای ژاپنی و چند پژوهشگر فرانسوی نیز به تحقیقاتی در زمینه ساخت سه بعدی با تابش لیزر دست زده بودند ولی نتوانستند همچون چاک هال برای ادامه پژوهشهای خود سرمایه گذار و حامی مناسبی پیدا کنند که باعث شد از ادامه تحقیقات خود منصرف شوند. Chuck Hull این شانس را داشت که در کشور ثروتمند آمریکا با اقتصاد پویایش زندگی میکرد و با کمی تلاش توانست شرکت استارت آپی خود را برای ادامه پژوهشهایش تاسیس کند؛ این امر عامل بسیار تاثیرگذار ثبات اقتصادی یک کشور و ضرورت حمایتهای مالی را برای پژوهشهای دانش بنیانی که توسط نخبگان بدون سرمایه راه اندازی میشود؛ ولی ایده هایشان آینده صنعتی جهان را تغییر خواهد داد، گوشزد میکند.
آیا در کشور ایران نیز از چنین تحقیقات آینده محوری حمایت مالی خواهد شد؟
لطفا نظرات یا اطلاعات تکمیلی درباره این مطلب را در بخش نظرسنجی مطرح کنید.
در طی دهه 80 میلادی در فرانسه نیز کسانی همچون le Méhauté – Jean Claude André – Alain le Méhauté پتنت چاپگر سه بعدی استریولیتوگرافی (همان اختراع Chuck Hull در آمریکا) را مطرح کرده بودند که البته همگی بدشانس بودند و بخاطر عدم سرمایه گذاری و دیگر مشکلات، تحقیقاتشان پیگیری نشد.
سلام مقالات بالا رفرنس معتبر و مقاله انگلیسی دارن؟اگر ممکنه pdf مقالات رو میخوام چون در پروژه ارشد قصد استفاده دارم اما بدون رفرنس نمیشه
با سلام من هم دارم روی مقاله کار میکنم که سوالی برام پیش اومد ایا تونستین رفرنس گداری بدست بیارین اگر مقاله اصلی پیدا کردین میشه لطفا به من هم ارسال کنید
ببینید به انگلیسی ۳d printing history و chuck hul 3d printer سرچ کنید منابع هست