Người Phát Minh Ra In 3D: Dòng Thời Gian Về Tầm Ảnh Hưởng Của Chuck Hul

Công nghệ in 3D đã thay đổi hoàn toàn bối cảnh sản xuất và kỹ thuật hiện đại, và hiếm có câu hỏi nào mang tính then chốt như “ai là người phát minh ra cỗ máy này?”. Câu trả lời hướng trực tiếp đến Charles (“Chuck”) W. Hull, người có tầm nhìn xa trông rộng, không chỉ thai nghén công nghệ này mà còn thành lập nên một ngành công nghiệp tiếp tục định hình lại cách thế giới chế tạo mọi thứ, từ các bộ phận máy bay đến các thiết bị cấy ghép phẫu thuật.

Mặc dù nhiều người liên tưởng công nghệ in 3D với những đợt bùng nổ công nghệ gần đây, nhưng nguồn gốc của nó đã bắt đầu từ đầu những năm 1980. Chuck Hull đã phát minh ra công nghệ in 3D – cụ thể là một quy trình được gọi là Stereolithography (SLA – In ly-tô lập thể) – để giải quyết một vấn đề nhức nhối dai dẳng trong quy trình sản xuất: tính chất tốn thời gian của việc tạo mẫu. Sự đổi mới của ông không chỉ đơn thuần là tăng tốc độ phát triển sản phẩm; nó đã tạo ra một danh mục sản xuất hoàn toàn mới được biết đến ngày nay là sản xuất bồi đắp (additive manufacturing). 

Để hiểu được tầm vóc của phát minh này, các chuyên gia cần phải nhìn vào dòng thời gian cụ thể của các sự kiện, ngày nộp bằng sáng chế đã bảo vệ công nghệ này, và sự tiến hóa trong các công trình của Hull từ một “chiếc cốc rửa mắt” đơn lẻ cho đến việc in sinh học phổi người.

Tia Sáng Phát Minh: 1983 và Bộ Phận In 3D Đầu Tiên

 Trước khi công nghệ in 3D tồn tại, các kỹ sư thiết kế phải đối mặt với một nút thắt lớn. Việc tạo ra một nguyên mẫu cho một bộ phận bằng nhựa là một quy trình chế tạo khuôn mẫu tốn rất nhiều công sức và chỉ dùng một lần. Nó đòi hỏi phải thiết kế các khuôn ép nhựa, thường mất từ sáu đến tám tuần để sản xuất. Nếu thiết kế ban đầu không hoàn hảo – một điều thường xuyên xảy ra trong R&D – nhóm sẽ phải sửa đổi khuôn mẫu hoặc bắt đầu lại từ đầu, kéo dài chu kỳ phát triển thành một thử thách dài nhiều tháng.

Năm 1983, Chuck Hull đang làm việc tại UVP, Inc. (nay là Analytik Jena), một nhà sản xuất các nguồn sáng tia cực tím. Công việc của ông liên quan đến việc sử dụng ánh sáng UV để làm cứng các vật liệu khác nhau. Quan sát cách các vật liệu này cứng lại khi tiếp xúc với ánh sáng, Hull đưa ra giả thuyết rằng nếu ông có thể xếp chồng các lớp nhựa mỏng lên nhau và làm cứng chúng bằng tia UV, ông có thể tạo ra các vật thể ba chiều.

Vào ngày 10 tháng 11 năm 1983, Hull đã trình diễn thành công khái niệm này. Ông đã sử dụng quy trình mới của mình, Stereolithography, để tạo ra bộ phận in 3D đầu tiên trên thế giới: một chiếc cốc rửa mắt đơn giản. Chiếc cốc nhỏ màu xanh này đã chứng minh rằng dữ liệu kỹ thuật số có thể được biến thành một vật thể vật lý chỉ trong vài giờ thay vì vài tuần, qua đó thực sự phát minh ra khái niệm tạo mẫu nhanh.

Bằng Sáng Chế Khởi Nguồn Cho Một Ngành Công Nghiệp: 1984

Đối với những chuyên gia thắc mắc “Charles Hull đã nộp bằng sáng chế vào năm nào”, thì ngày quan trọng là năm 1984.

Sau thành công trong phòng thí nghiệm, Hull không lãng phí thời gian để bảo đảm quyền sở hữu trí tuệ cho phát minh của mình. Ông đã nộp bằng sáng chế cho “Thiết bị In ly-tô lập thể” (SLA) vào năm 1984. Việc nộp đơn này có ý nghĩa lịch sử to lớn vì nó đánh dấu sự ghi chép chính thức về công nghệ sẽ trở thành nền tảng của ngành công nghiệp sản xuất bồi đắp.

Stereolithography hoạt động bằng cách sử dụng một thùng chứa nhựa quang trùng hợp dạng lỏng. Một chùm tia laser UV được điều khiển bằng máy tính sẽ vạch ra mặt cắt ngang của bộ phận trên bề mặt chất lỏng, làm cứng (đóng rắn) nó lại. Bàn in sau đó sẽ hạ xuống, và quy trình lặp lại, bồi đắp vật thể theo từng lớp. Bằng sáng chế này không chỉ mô tả một cỗ máy, mà còn là một sự thay đổi cơ bản trong logic sản xuất – chỉ đắp thêm vật liệu vào nơi cần thiết thay vì cắt gọt nó từ một khối.

Thành Lập 3D Systems và Thương Mại Hóa (1986-1988)

 Đến năm 1986, Chuck Hull đã đồng sáng lập 3D Systems để thương mại hóa công nghệ của mình. Cùng năm đó, công ty trở thành tổ chức in 3D đầu tiên trên thế giới. Động thái này đã chuyển đổi Stereolithography từ một khái niệm đang chờ cấp bằng sáng chế thành một giải pháp thương mại khả thi cho các kỹ sư.

Ngành công nghiệp đã chứng kiến đợt phát hành phần cứng đầu tiên vào năm 1987, khi 3D Systems thương mại hóa máy in SLA-1 Stereolithography. Đây là máy in 3D đầu tiên từng được cung cấp ra thị trường. Những người dùng sớm chủ yếu nằm trong ngành công nghiệp ô tô, những người có sự quan tâm đặc biệt đến việc “tạo mẫu nhanh” để tăng tốc quá trình thiết kế xe. Trong năm năm đầu tiên của lịch sử công ty, khả năng tạo mẫu nhanh này vẫn là ứng dụng chính của công nghệ.

Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ (ASME) kể từ đó đã vinh danh SLA-1 là một Cột mốc Kỹ thuật Cơ khí Lịch sử, công nhận vai trò của nó trong việc thay đổi ngành sản xuất toàn cầu. Cỗ máy nguyên bản hiện đang được trưng bày tại Bảo tàng Đại sảnh Danh vọng các Nhà phát minh Quốc gia ở Alexandria, Virginia.

Sự Công Nhận Một Di Sản 

Tầm vóc đóng góp của Chuck Hull bắt đầu nhận được sự công nhận lớn từ các tổ chức trong kỷ nguyên này. Năm 2014, ông được giới thiệu vào Đại sảnh Danh vọng các Nhà phát minh Quốc gia tại Cơ quan Sáng chế và Nhãn hiệu Hoa Kỳ. Cùng năm đó, ông nhận được Giải thưởng Nhà phát minh Châu Âu ở hạng mục các quốc gia ngoài Châu Âu vì tác động mang tính biến đổi của ông đối với xã hội.

Cơ quan Sáng chế Châu Âu (EPO) lúc bấy giờ lưu ý rằng Hull đã gia nhập hàng ngũ của những nhân vật như Henry Ford và Steve Jobs – những người đã tạo ra tác động lâu dài đến nhân loại. Đến thời điểm này, Hull nắm giữ vô số bằng sáng chế; cụ thể, ông có tên là nhà phát minh trên 85 bằng sáng chế của Hoa Kỳ, cộng với vô số bằng sáng chế quốc tế trong các lĩnh vực quang học ion và in 3D.

Đổi Mới Trong In Sinh Học và Các Danh Hiệu (2015-Nay)

Hôm nay, Chuck Hull vẫn tiếp tục thúc đẩy sự đổi mới. Khác xa với việc nghỉ hưu, ông hiện đang giữ chức vụ Giám đốc Công nghệ tại 3D Systems. Trọng tâm của ông đã chuyển sang giới hạn tiếp theo của sản xuất bồi đắp: in sinh học.

Hull đang lãnh đạo một nhóm hợp tác với United Therapeutics trong một chương trình phát triển chung. Mục tiêu của họ rất tham vọng: thiết lập một nguồn cung cấp phổi người vô hạn mà không cần ức chế miễn dịch. Công nghệ này nhằm mục đích cho phép những bệnh nhân mắc bệnh phổi giai đoạn cuối có thể tiếp cận được với các cơ quan nội tạng có thể dung nạp và cấy ghép được.

Các giải thưởng cho công trình cả đời của ông vẫn tiếp tục được tích lũy:

• 2016: Hull nhận Giải thưởng Thành tựu Trọn đời Lãnh đạo Sản xuất.
• 2023: Vào ngày 24 tháng 10 năm 2023, Tổng thống Joe Biden đã trao tặng Chuck Hull Huân chương Công nghệ và Đổi mới Quốc gia (NMTI) tại Nhà Trắng. Đây là vinh dự cao nhất của Hoa Kỳ về thành tựu công nghệ.
• 2025: Vào tháng 2 năm 2025, Hull được bầu vào Học viện Kỹ thuật Quốc gia (NAE), một trong những danh hiệu chuyên môn cao nhất đối với một kỹ sư.

Tác Động Lâu Dài Của Chuck Hull

Khi được hỏi về những đóng góp của mình, Hull vẫn tỏ ra khiêm tốn. “Đáng lẽ tôi nên nghỉ hưu từ lâu rồi, nhưng tôi vẫn chưa làm vậy,” ông tuyên bố, và lưu ý rằng “in 3D chỉ là một công cụ khác, nhưng nó là một công cụ rất mạnh mẽ có thể tạo ra bất cứ thứ gì.”

Đối với những chuyên gia đang sử dụng máy C ngày nay – cho dù là đối với cánh tuabin hàng không vũ trụ, khay niềng răng trong suốt, hay tạo mẫu ô tô – công nghệ này đều bắt nguồn từ một tia sáng cảm hứng duy nhất vào năm 1983. Chuck Hull đã phát minh ra in 3D không chỉ bằng cách chế tạo một cỗ máy, mà bằng cách tưởng tượng lại tính chất vật lý của ngành sản xuất.

Từ việc nộp bằng sáng chế SLA ban đầu vào năm 1984 cho đến việc tiên phong trong lĩnh vực in sinh học vào những năm 2020, sự nghiệp của Hull chứng minh rằng định nghĩa về “sản xuất” rất linh hoạt. Những gì bắt đầu như một cách để làm cứng nhựa bằng ánh sáng UV đã tiến hóa thành một cơ chế để in mô người, chứng minh rằng ngành công nghiệp in 3D do ông thành lập vẫn chỉ mới ở bề nổi của những tiềm năng mà nó mang lại.

Trong bài viết này về Diễn đàn Tác động Lake Nona, Chuck Hull của 3D Systems phản ánh về các ý tưởng, quan hệ đối tác và các công nghệ định hình kỷ nguyên đổi mới chăm sóc sức khỏe tiếp theo. 

( Nguồn: 3D SYSTEMS)