Što je tehnologija 3D ispisa - kako djeluje, aplikacije i prepreke

Ovi revolucionarni pisači sve su vidljiviji u našem svakodnevnom životu:

• Oružje. Godine 2013., samoproglašeni „kripto-anarhist“ Cody Wilson dizajnirao je, stvorio i ispisao plastični pištolj pomoću tehnologije 3D ispisa. Cody je ispalio hitac i putem Interneta distribuirao CAD datoteke za pištolj. Bilo je više od 100 000 preuzimanja prije nego što je američka vlada zatvorila web mjesto. U svibnju 2014. godine u Japanu je uhićen Yoshitomo Imura u posjedu pet 3D otisnutih pušaka.
• Kozmetika. Na izložbi TechCrunch Disrup u New Yorku u svibnju 2014., diplomirana studentica Harvard MBA Grace Choi demonstrirala je Mink, 3D printer koji košta manje od 200 dolara koji kombinira odobrenje FDA s tintom s raznim podlogama za stvaranje bilo koje vrste šminke, od pudera, na kremu, na ruž. Prema Choi-ju, „velike kompanije za šminkanje uzimaju pigment i podloge i miješaju ih zajedno i tada povećavaju cijenu. Radimo isto i dopuštamo vam da se šminkate u svojoj kući. "
• Dijelovi tijela. Prema izvještaju iz 2013. godine časopisa TIME, 3D printeri već izrezuju dijelove tijela poput ušiju i nosa iz tjelesnih stanica. Dok je u ranoj fazi, tehnologija je obećavajuća za kozmetičke i plastične operacije.
• Hrana. Massachusetts Institute of Technology razvio je 3D pisač za hranu zvan „Cornucopia“, a Francuski kulinarski institut koristi FabatHome razvijen od Cornell-a za pripremu hrane. Možda razmnožavači hrane svemirskog doba prikazani u "Zvjezdane staze" nisu tako daleko u budućnosti kao što bismo mogli pomisliti.
• Forenzika i arheologija. U televizijskoj emisiji "CSI: New York" 3D ispis koristi se za kopiranje metka u tijelo kako bi se izbjegla operacija. Arheolozi mogu ponoviti krhke artefakte za proučavanje, a da pritom ne oštete izvorne neprocjenjive predmete. Na primjer, posjetitelji izložbe otkrića Time Square King Tut mogli su vidjeti gotovo identičnu 3D otisnutu kopiju mumije tvrtke Materialize.

Michelangelo je jednom objasnio da svaki blok kamena ima kip u sebi, a zadatak skulpture je otkriti ga. Jednom kada umjetnik razumije trodimenzionalnu sliku koju traži, njegov je zadatak pažljivo usitniti vanjski materijal kako bi otkrio skrivenu strukturu. Da je Michelangelo bio u mogućnosti koristiti 3D pisač, njegov bi kreativni postupak bio upravo suprotan: počevši od ničega i postupno stvarajući svoju mentalnu sliku dodavanjem supstancije dok oblik koji je tražio nije dovršen.

Kako funkcionira 3D ispis

Izraz "3D ispis" je pogrešan naziv, jer je mala sličnost dvodimenzionalnom tisku pri čemu se na papir nanosi tinta. Međutim, postupak je sličan tiskanju po tome što je rezultat nakupljanja različitih slojeva materijala koji su postavljeni uzastopno u različitim oblicima kako bi se stvorio čvrsti trodimenzionalni objekt. Precizniji opis bila bi "aditivna proizvodnja", drugačija metoda stvaranja od tradicionalne proizvodnje koja se temelji na uklanjanju čvrstog materijala iz veće neformirane mase.

Proces započinje računalno potpomognutim dizajnom (CAD) ili 3D skenerom za prevođenje modela u digitalna, trodimenzionalna mjerenja. Pomoću odabranog materijala (tekućina, prah, papir ili listovi) postavljaju se više tankih slojeva i fuzioniraju zagrijavanjem, stvrdnjavanjem, centriranjem, laminiranjem ili foto-polimerizacijom kako bi se napravio jedan jedinstveni objekt.

Tehnologija 3D ispisa razvila se u posljednjem trećem stoljeću; Izvještaj o patentu Patent Insight Pro za 2014. godinu navodi oko 2.635 patenata koji se odnose na tehnologiju 3D ispisa koji su izdavani od ranih 1970-ih. Iako svaki patent može biti specifičan u pogledu svojih tvrdnji i opravdanja za izdavanje patenta, oni se mogu općenito kategorizirati na temelju sljedećeg:

• Identificiran tehnološki proces. Trenutno se u 3D ispisu koriste 33 različita procesa, u rasponu od modeliranja taloženim taljenjem (FDM) - procesa zagrijavanja termoplastičnih materijala do polutečnih stanja, zatim istiskivanja sloja po sloj duž kompjutorski kontroliranog puta - do stereolitografije, postupak gdje ultraljubičasti laser otvrdnjuje sloj tekućeg fotopolimera dok ga podiže ili spušta platforma uronjena u spremnik tekućeg polimera slično nanošenju premaza nakon nanošenja boje dok više slojeva ne rezultira gotovim dijelom.
• Materijali navedeni u patentu. Do sada izdani patenti pokrivaju 45 različitih materijala, uključujući keramiku, glinu, paladij, papir, gumu, srebro, titan i vosak.
• Upotreba ili primjena. Na kraju, bilo je najmanje 22 komercijalne primjene 3D ispisa, uključujući građevinarstvo, odbranu i prehrambenu industriju.

Stanje industrije 3D ispisa

Mnogi promatrači u industriji tvrde da je do danas nedovoljna penetracija na masovna tržišta nastala zbog obilnih patenata različitih tvrtki i vjerojatnosti tužbi za intelektualno vlasništvo. Jednostavno rečeno, tvrtke nisu potrošile sredstva za iskorištavanje tehnologije jer se boje da će biti tužene.

Ova prepreka konkurenciji spriječila je nove sudionike na tržištu i visoke cijene; u stvari, previsok da bi podržao aplikacije potrošača na masovnom tržištu. S obzirom na to da su mnogi patenti koji pokrivaju osnovnu tehnologiju istekli u 2013. godini, a više im treba isteći u 2014. i 2015., vjerojatno će doći do eksplozije novih proizvoda i smanjenja cijena opreme sličnih padovima u drugom elektroničkom hardveru poput televizora, računala i mobilnih telefona. Niže cijene će po prvi put pružiti široki pristup potrošačima.

Prema Peteu Basiliereu, vodeći Gartner analitičar 3D ispisa, uvjerljiva potrošačka aplikacija - nešto što kod kuće može stvoriti samo 3D printer - pojavit će se do 2016. i imati sličan utjecaj na 3D pisače kao proračunska tablica za PC ili dodavanje kamere na mobilni telefon. Izvješće Gridlogics Technologies projicira da će tehnologija postati masovno tržište jer će potrošačima omogućiti zamjenu ili stvaranje uobičajenih kućanskih predmeta koji se danas proizvode tradicionalnim proizvodnim metodama i uključuju povezane troškove marketinga, logistike i održavanja zaliha. Charles W. Hull, tvorac prvog 3D printera sredinom osamdesetih i suosnivač i glavni tehnološki službenik 3D Systems, predviđa da će industrija do kraja ovog desetljeća biti 4,5 milijardi USD.

Primjene 3D ispisa

Buduće uporabe 3D ispisa još se uvijek otkrivaju. Slijede samo neki od trenutno važećih prijava koje će najprije biti općenito.

1. Medicinski
Prema CNN-u, 3D printeri istraživači već koriste za ispis sitnih traka tkiva organa (biootisak), kao i lica na ustima (ušiju i nosove). Tiskani organi poput bubrega ili jetre - sljedeća faza u razvoju tehnologije - mogli bi se u početku koristiti za testiranje na lijekove i cjepiva i na kraju dati prijeko potrebne organe za transplantaciju.

Basiliere kaže, "3D uređaji za biootisak s sposobnošću ispisa ljudskih organa i tkiva napredovat će daleko brže od općeg razumijevanja i prihvaćanja posljedica ove tehnologije." Kao odgovor, Mike Titsch, glavni urednik 3D Printer World-a, tvrdi: „Mnogi veliki medicinski pomaci su doživjeli moralni otpor, od transplantacije organa do matičnih stanica. Hoće li si to moći priuštiti samo bogati? Igramo li se s Bogom? Na kraju, spašavanje života ima tendenciju da nadmaši sve prigovore. "

2. Umjetni udovi
Studenti Sveučilišta Washington razvili su protetsku ruku za 13-godišnju djevojčicu koja je u nesreći na čamcu izgubila ud. Iako nisu tako napredni kao druga protetika, troškovi materijala od 200 dolara bili su znatno ispod troškova od 6000 dolara sličnih uređaja, što je faktor koji sprečava široku primjenu u mnogim tvrtkama..

Kylie Wicker iz Rocklanda u Illinoisu, rođena bez prstiju na lijevoj ruci, dobila je operativni set plastičnih 3D otisnutih prstiju za cijenu od 5 dolara i osmislila ih je srednjoškolska inženjerska klasa. Kanadski profesor radi na procesu 3D printanja kako bi napravio protetske udove koji će biti upućeni u Ugandu za žrtve njihovih upornih građanskih ratova.

3. Moda
Moda je koristila 3D ispis za stvaranje vizualno zapanjujućih haljina i dodataka predstavljenih na pistama New York Fashion Weeka 2013, kao i jedinstvene haljine „dim“ otkrivene na međunarodnom sajmu automobila u Frankfurtu 2013. godine. Dimna haljina automatski stvara veo dima kad god netko krene u osobni prostor korisnika.

Lady Gaga je na ArtRave 2013. nosila prvu leteću haljinu na svijetu, Volantis, još jednu 3D tiskanu haljinu. Continuum nudi prvi svjetski spreman za nošenje potpuno 3D tiskan bikini, N12, nazvan po materijalu od kojeg je izrađen: Nylon 12.

4. Prototipovi i testni modeli
Oxfam International, međunarodna konfederacija od 17 organizacija koje rade na pronalaženju praktičnih, inovativnih načina da se ljudi izvuku iz siromaštva, udružila se s MyMiniFactory.com za razvoj inovativnih dizajna za rješavanje problema higijene vode u zemljama trećeg svijeta. Dizajni se mogu brzo tiskati, testirati i modificirati prije nego što ih premjeste u masovnu proizvodnju. Iako je proces još u ranoj fazi, sponzori vjeruju da će se brzo testiranje novih uređaja i naknadne modifikacije pomoću 3D ispisa pokazati uspješnim u humanitarnim projektima kao što su uređaji za saniranje ruku za trenutnih 2,4 milijuna sirijskih izbjeglica koji žive u prenapučenim, nesanitarnim uvjetima.

Talijanski izumitelj Enrico Dini razvio je 3D printer, poznat kao D-Shape, koji veže čestice pijeska zajedno kako bi stvorio sedimentni kamen. Kaže se da pisač dopušta izgradnju zgrade četiri puta brže od uobičajenih sredstava za polovinu troškova. Urbee, hibridni automobil koji je dizajnirao Kor Ecologic, je dvosjed, koji doseže i do 200 milja po galonu, a procijenjeni trošak je oko 20 000 dolara, a u potpunosti ga proizvodi 3D ispis.

5. Osobna uporaba
Ljudi će moći ispisati prilagođeni nakit, kućne potrepštine, igračke i alate u koju god veličinu, oblik ili boju žele, kao i moći će ispisati zamjenske dijelove kod kuće, umjesto da ih naručuju i čekaju da im se isporuče , Prema istraživačkoj tvrtki Strategy Analytics, kućni 3D ispis mogao bi do 2030. godine prerasti u industriju od 70 milijardi dolara godišnje.

3D printeri za hranu mogu čak konačno riješiti problem navođenja djece da jedu svoje povrće, jer će ih roditelji moći oblikovati u sve vrste oblika. Možda bi se neki fino dijete moglo uvjeriti da jede bruske klice ako bi ih pripremali u obliku dinosaura.

Prepreke 3D ispisu

Iako je obećanje 3D pisača veliko, postoje isto tako značajne prepreke koje treba prevladati prije nego što se ispune očekivanja zagovornika industrije..

1. Nedostatak jednostavnih, jeftinih potrošačkih pisača
3D printeri koji se prodaju za manje od 1000 USD imaju ograničenu sposobnost, mogu biti teški za rukovanje, mogu biti nepouzdani i mogu zahtijevati upotrebu sklopa ruku. Iako će te greške na kraju biti prevladane, može potrajati dosta pokušaja i pogreške prije nego što se pokaže pristupačni potrošački model.

Članak iz 2013. godine u strategiji + posao napominje da "bez obzira koliko jeftin 3D printer postaje, proizvodno postrojenje će i dalje nuditi ekonomičnost sirovina za ispis artefakata." U članku se također postavlja pitanje hoće li potrošač kod kuće koristiti 3D pisač da bi napravio plastičnu vilicu ili šahovski komad ako ga može kupiti od lokalnog Walmart-a.

2. Nedostatak pogodnih materijala za tisak
Pisači koji su trenutno dostupni po potrošačkim cijenama (2.500 i manje dolara) oslanjaju se na tehnologiju modeliranja taloženog taloga i PLA i ABS plastiku. Ovaj materijal nije čvrst i ograničen je u upotrebljivosti. Stručnjaci vjeruju da će sljedeća generacija morati koristiti ugljične kompozite i metale ako će biti korisni prosječnom potrošaču.

Članak iz 2014. u britanskom časopisu The Telegraph ismijava zagovornike nove tehnologije koji proglašavaju tako svijetlu budućnost, napominjući da čak i uspješni kućni 3D pisači "stvaraju modele koji izgledaju kao da su ostali nekoliko sati na radijatoru." Pisac nastavlja da napominje da iako je sve u redu prijenositi oružje na Internet, ali bez sredstava za metal (potrošački 3D uređaji još nemaju), "vjerojatnije je da ćete skinuti ruku s ruke ispalite metak. "

3. Potreba za znanjem CAD dizajna
Iako su datoteke za preuzimanje za različite objekte dostupne s web lokacija poput Thingiverse i Shapeways, one su uglavnom tehničke prirode i možda nisu kompatibilne sa svakim 3D pisačem. Zbog marketinškog hypea oko pisača, oni mogu biti prikazani kao lakši za rad od iskustva stvarnih korisnika.

Tom Meeks, suradnik bloga 3D Printer Users, primjećuje paralelu između 3D pisača i Keffeg sustava za kafu i važnost dizajna potrošača i jednostavnosti korištenja, napomenuvši kako je Keurigu trebalo 16 godina da prihvati tržišno prihvaćanje koje danas ima. I treba znati da postoji puno više ispijanja kave od potencijalnih korisnika 3D printera. Marketinški stručnjaci smatraju da pisači moraju biti jednako jednostavni za uporabu kao i konvencionalni laserski ili točkasti matrični pisači ako žele pronaći široko prihvaćanje.

4. Sporo, neuredno i potencijalno opasno
Iako su savršeni za jedinstvene ili složene, skupe predmete, pisači su prespori za masovnu proizvodnju. Korišteni materijali i njihove emisije tijekom uporabe, posebno prašci, mogu biti neuredni i potencijalno toksični. Napokon, trenutni 3D pisači koji koriste PLA plastiku djeluju na vrlo visokim temperaturama (220 do 230 stupnjeva). Iako ovi problemi nisu nepremostivi, trebat će im vremena i ulaganja da se savladaju.

Završna riječ

Hoće li 3D printeri utjecati na televiziju, računalo ili mobilni telefon kako to očekuju njihovi zagovornici, nije poznato. Kako tehnologija raste, mogućnosti i koristi su beskrajne. To je sigurno tehnologija koja bi pronicljivi potrošač bila svjesna i spremna za upotrebu jer sazrijeva i postaje potrošački proizvod..

Što misliš? Želite li posjedovati 3D pisač?