Revolucija inovativne tehnologije 3D tiskanja

Z novo tehnologijo 3D-tiskanja imamo ljudje prvič po industrijski revoluciji, ki je v 18. in 19. stoletju proizvodnjo iz rok navadnih ljudi preselila v tovarno, ponovno možnost, da proces proizvodnje vrnemo ljudem.

Revolucija inovativne tehnologije 3D tiskanja (foto: profimedia) profimedia
8. 11. 2014

Samodejna proizvodnja zapleteno oblikovanih predmetov s tridimenzionalnim računalniškim oblikovanjem ni novost.

Računalniško numerično krmiljeni stroji za rezkanje obstajajo že od petdesetih let 20. stoletja. Toda v tem primeru posamezne dele materiala odrezujemo z večjega kosa, nekatere oblike pa je fizično nemogoče izoblikovati po tem postopku. Predstavljaj si na primer, da bi morala narediti votlo kroglo; če orodje za rezljanje ne seže v notranjost krogle, je ni mogoče izdelati. 3D-tiskanje deluje nasprotno. Postopek se začne iz nič, material pa se dodaja v plasteh, dokler se ne zgradijo želene oblike. To pomeni veliko manj omejitev pri samem oblikovanju izdelka.

Glede na tehniko 3D-tiskanja je danes mogoče izdelati zapletene strukture satja in celo predmete z gibljivimi deli, kot je zobniški mehanizem, ki jih preprosto natisnemo v enem samem zamahu brez poznejšega sestavljanja. 3D-tiskanje primerjajo s tiskarskim strojem, a je pravzaprav veliko bolj revolucionarno, kot je bil tiskarski stroj.

Ta je množici sicer omogočil branje tiskane besede, toda šele urejevalnik besedil in matrični tiskalnik sta navadnim ljudem omogočila neomejeno strojno pisanje. Zdaj naj bi 3D-tiskalniki demokratizirali proizvodnjo. Pa pri tem ne gre le za kopiranje v tovarni že narejenega izdelka.

Prvič v zgodovini imamo prav vsi možnost, da fizično ustvarimo in izdelamo, karkoli si zamislimo.

3D-tiskanju rečemo tudi aditivna proizvodnja, saj deluje tako, da v okviru postopka preprosto dodajamo nove materiale in plasti.

Obstajajo različne tehnike 3D-tiskanja, odvisne pa so od materiala, iz katerega ustvarjamo. Najzgodnejši sistem, imenovan stereolitografija, je leta 1986 izumil Charles Hull, pri čemer je uporabil posebno smolo, ki se strdi, ko je pod ultravijolično lučjo. S skeniranjem žarka ultravijolične svetlobe nad površino korita, napolnjenega s smolo, je lahko ustvaril tanko plast plastike. Dno korita je potem rahlo znižal, da je dobljeno plast potopil pod površje tekoče smole, in jo znova skeniral z žarkom. Vsaka nova plast je bila vezana na spodnjo, dokler ni nastal končni izdelek.

Stereolitografija se še vedno uporablja, če bi si kdo želel izdelovati iz kovine, vednar pri tem potrebuje drugačen sistem tiskanja. Namesto korita s tekočino se na dno tiskalnika strese tanka plast kovinskega prahu in z zelo močnim laserjem ali elektronskim žarkom utekočinijo določena mesta. Prah se stopi in sprime, na vrh pa se strese nova plast prahu in postopek ponovi. Ker je tako nastajajoči izdelek obdan z nenehno poglabljajočo se strugo kovinskega prahu, ne potrebujemo posebne opornice, ki bi podpirala predmet med njegovo izdelavo. Pri dekorativnih figuricah lahko tiskalniki s posodami s prahom izdelajo celo barvne predmete, pri čemer uporabljajo mavec v prahu in tiskalnik, ki kombinira črnilo in lepilo oziroma vezivo.

Na spletni strani www.figureprints.com ti lahko po tem postopku celo natisnejo tvoj lik iz računalniške igre World of Warcraft, v kateri igralci igrajo vloge.

3D tiskanje tudi doma

Vsi omenjeni tiskalniki uporabljajo strojno opremo, ki stane več deset ali več sto tisoč evrov.

Prava revolucija je zato razvoj poceni 3D-tiskalnikov za domačega uporabnika. Da bi natisnila 3D-izdelek, moraš najprej imeti računalniški model izdelka z natančnimi položaji kotov ali stičnih točk ter polmera in središča vsake krivulje. Risbo lahko izdelaš z aplikacijo za računalniško oblikovanje ali pa preprosto posnameš že pripravljeno datoteko s katere izmed za to namenjenih spletnih strani, kot je www.thingiverse.com.

3D-model ti omogoči, da načrt vidiš in ga oblikuješ, ne moreš pa ga natisniti. Pred tem ga je treba digitalno obdelati in razbiti na serije virtualnih vodoravnih rezin, ki bodo po tem, ko bodo naložene druga na drugo, tvorile izdelek. Te rezine oziroma plasti procesirajo v navodila, po katerih se potem premika glava tiskalnika, tako da ustvari vsako rezino brez kakršnihkoli vrzeli in drugih napak.

Domači 3D-tiskalniki temeljijo na tehniki ciljnega nalaganja; delujejo podobno kot pištola, ki brizga vroče lepilo. V segreto tiskalno glavo se dovaja plastično vlakno, tako da glava potem riše črte staljene plastike. S premikanjem tiskalne glave vodoravno nad stojalom z modelom se izriše oblika ene rezine oziroma plasti. Stojalo se potem premakne navzdol za višino ene rezine in tiskalnik ponovi postopek, tako da dobimo novo plast. Na končnem izdelku so vidni sledovi posameznih plasti, podobno kot se na računalniški podobi poznajo slikovne točke, toda najnovejši 3D-tiskalniki imajo tako visoko ločljivost, da so te sledi že skorajda nevidne.

Temna plat tiskanja

3D-tiskalniki lahko dandanes izdelajo skorajda karkoli, celo pištole.

Leta 2012 je ameriška organizacija Defense Distributed objavila datoteke za tiskanje plastične pištole, imenovane liberator. Od takrat se je pojavilo veliko različnih dizajnov za plastične pištole in celo za plastično strelivo. Takšne pištole sicer niso zelo natančne in z njimi ne moreš izstreliti več kot nekaj nabojev, a so še vedno smrtonosne. Seveda je bilo z uporabo zlahka dostopnega orodja za kovinarstvo vedno mogoče izdelati pištolo doma, toda s 3D-tiskanjem je to močno poenostavljeno, poskusi prepovedi digitalnih načrtov za izdelavo pa ne bi bili učinkoviti.

Prihodnost 3D tiskanja

Prihodnost 3D-tiskanja se bo nadaljevala na dveh področjih. V industriji bodo nove tehnike proizvajalcem omogočale tiskanje s čedalje večjim številom materialov. Z razpršilom s polprevodnimi materiali v prahu lahko izdelajo že elektronska vezja. Podjetje Optomec v Albuquerqueju v Novi Mehiki je razvilo tapeto z LED-lučmi, natisnjenimi naravnost na vzorec, britansko podjetje GKN Aerospace pa tiska gumbe in stikala s pomočjo piezorezistivnega črnila, ki ob iztisku spreminja svojo električno upornost. V gospodinjstvih ne bo revolucija 3D-tiskanja nič manj dramatična.

Medtem ko cene upadajo in so sistemi čedalje lažje uporabni, lahko 3D-tiskalnik postane povsem samoumeven del domače opreme, podobno kot je zdaj to navadni 2D-tiskalnik. Toda 3D-tiskalnika ne bomo uporabljali le v ustvarjalne namene. Postane lahko namreč nekakšen teleporter, pri čemer bo ceneje in hitreje nekomu poslati 3D-načrte določenega objekta, ki jih bo moral naslovnik samo še natisniti, kot pa jih pošiljati po navadni pošti.

Nekaj zanimivih področij uporabe 3D tiskanja:

  • Medicina: Leta 2012 so 83-letni Belgijki okuženo čeljustnico zamenjali s samo zanjo izdelano protetiko, natisnjeno v 3D. To tehnologijo uporabljajo tudi pri izdelavi protetičnih udov, kmalu pa bo mogoče rekonstruiranje drugih organov (na primer obraznih potez). Podjetje Align Technology v ZDA vsako leto izdela 17 milijonov po naročilu narejenih in v 3D natisnjenih plastičnih opornic za otroke. 3D-tiskalniki lahko s kombiniranjem aktivnih sestavin in veziva tiskajo celo posebej za paciente prilagojena zdravila.
  • Hrana: Spletna stran www.cubify.com prodaja kocke sladkorja elegantnih geometričnih oblik, natisnjenih v 3D. Ker so preobčutljive, jih ne pošiljajo prek meja Kalifornije, do konca tega leta pa boš lahko kupila tudi tiskalnik, ki jih izdeluje. Tiskalnik ChefJet podjetja 3D Systems tiska tudi čokolado in naj bi stal okoli 3.800 evrov. Pri podjetju Systems&Materials Research za Naso razvijajo tiskalnik za pice, Foodini pa s samostojno pripravo vsakdanje hrane, kot so hamburgerji in testenine, meri na domača gospodinjstva.
  • Oblačila in moda: Leta 2013 je Nike na trg poslal tako imenovani Vapor Laser Talon, komplet v 3D natisnjenih čepov za nogometne čevlje, belgijsko podjetje Kipling bo recimo kmalu izdalo ročno torbico, ki je videti kot mreža sprijetih opic, natisnjeno s stereolitografijo. Continuum N12 (slika zgoraj) pa je povsem nosljiv bikini, izdelan iz na tisoče med seboj povezanih najlonskih diskov, natisnjenih v 3D. Oblikovalski studio Nervous System je šel še korak dlje in izdelal obleko, ki se jo lahko natisne v 3D.
  • Promet: Največji 3D-tiskalniki na svetu trenutno za kitajska potniška letala tiskajo trupe letal in dele kril iz titana. Toda tehnologije ne uporabljajo le za nova letala. Za stara letala McDonnell Douglas MD-80 je težko dobiti rezervne dele. Toda raje kot da bi floto upokojili zaradi pokvarjenih stranišč, se je neki ameriški letalski prevoznik odločil vodovodne cevi zamenjati s tistimi, natisnjenimi v 3D. In čeprav avtomobile znamke BMW (za zdaj) še vedno sestavljajo na tekočih trakovih, s 3D-tiskalniki izdelujejo čedalje več orodja po naročilu.
  • Vesolje: Nasa in Made in Space med paraboličnimi leti testirata tudi učinke mikrogravitacije na 3D-tiskanje. To bodo najbrž kmalu uporabljali na Mednarodni vesoljski postaji za izdelavo rezervnih delov. Kitajska s 3D-tiskalniki po meri izdeluje sedeže v vesoljskih plovilih. Podobno tiskajo tudi rezervne dele za raketne motorje (slika desno). Arhitekti podjetja A-ETC pa so v sodelovanju z Jet Propulsion Laboratory predlagali, da bi natisnili bazo na Luni s pomočjo robota, ki bi z uporabo mikrovalov sprijel Lunino prst.

Kako delujeŠe več o 3D tiskanju, pa tudi drugih nadvse atraktivnih temah znanosti, tehnologije in življenja v obče, si preberi v novi ediciji revije Kako deluje.

Poleg naslovne teme revolucionarne tehnologije 3D tiskanje, si boš v njej lahko prebrala tudi zanimivo zgodbo o nafti od nastanka do končnih proizvodov, brez katerih si še ne moremo zamisliti našega življenja, iz sveta znanosti pa so izluščili, kako lahko naredimo predmete našim očem nevidne. Bolj resnično, kot je nevidni plašč Harryja Potterja. Pod drobnogled so postavili še dirkalnike in pokukali, kakšno je vreme v vesolju. To je seveda le delček tistega, med čemer boš lahko izbirala na 80 straneh revije.

Na spletnih straneh Adria Media Ljubljana uporabljamo piškotke z namenom zagotavljanja spletne storitve, oglasnih sistemov in funkcionalnosti, ki jih brez njih ne bi mogli nuditi.

Z nadaljnjo uporabo spletnih mest soglašate z uporabo piškotkov.
Če piškotkov ne želite, jih lahko onemogočite v nastavitvah

zapri