Шта је технологија 3Д штампања - како функционише, апликације и препреке

Ови револуционарни штампачи су све видљивији у нашем свакодневном животу:

• Пушке. Године 2013., самопроглашени „крипто-анархиста“ Цоди Вилсон дизајнирао је, креирао и одштампао пластични пиштољ помоћу технологије 3Д штампања. Цоди је испалио хитац и путем Интернета дистрибуирао ЦАД датотеке за пиштољ. Било је више од 100.000 преузимања пре него што је америчка влада затворила локацију. У мају 2014. године у Јапану је ухапшен Иосхитомо Имура због поседовања пет 3Д штампаних пушака.
• Козметика. На изложби ТецхЦрунцх Дисруп у Њујорку, маја 2014. године, дипломирана студентица Харвард МБА Граце Цхои демонстрирала је Минк, 3Д штампач који кошта мање од 200 долара који комбинује мастило које је одобрила ФДА и различите подлоге за стварање било које врсте шминке, од пудера, на крему, на руж. Према Цхои-ју, „велике компаније за шминкање узимају пигмент и подлоге и мешају их заједно, а затим повећавају цену. Ми радимо исто и пустићемо вам да се шминкате у својој кући. "
• Делови тела. Према извјештају из магазина ТИМЕ за 2013. годину, 3Д штампачи већ изрезују делове тела попут ушију и носа из ћелија тела. Док је у раној фази, технологија је обећавајућа за козметичке и пластичне хирургије.
• Храна. Массацхусеттс Институте оф Тецхнологи развио је 3Д штампач за храну под називом „Цорнуцопиа“, а Француски кулинарски институт користи ФабатХоме развијен од Цорнелл-а за припрему хране. Можда репризатори хране из свемирског доба приказани у „Звезданој стази“ нису у будућности тако далеко као што можда мислимо.
• Форензика и археологија. У телевизијској емисији "ЦСИ: Нев Иорк", 3Д штампање се користи да би се копирао метак у тело како би се избегла операција. Археолози могу поновити крхке артефакте за проучавање, а да притом не оштете оригиналне непроцењиве предмете. На пример, посетиоци изложбе открића Тиме Скуаре Кинг Тут могли су видети готово идентичну 3Д штампану копију мумије компаније Материализе.

Мицхелангело је једном објаснио да сваки блок камена има статуу у себи, а задатак скулптуре је да га открије. Једном када уметник разуме тродимензионалну слику коју тражи, његов задатак је да пажљиво одсече спољашњи материјал како би открио скривену структуру. Да је Мицхелангело био у могућности да користи 3Д штампач, његов креативни процес био би управо супротан: почевши од ничега и постепено стварајући свој ментални имиџ додавањем супстанце док облик који је тражио није довршен.

Како функционише 3Д штампање

Израз "3Д штампање" је погрешан назив, јер постоји мала сличност са дводимензионалним штампањем при чему се мастило наноси на папир. Међутим, поступак је сличан штампању по томе што је резултат накупљања различитих слојева материјала који су секвенцијално положени у различите облике да би се створио чврсти тродимензионални објект. Тачнији опис била би „адитивна производња“, другачија метода креирања од традиционалне производње која се заснива на уклањању чврстог материјала из веће неформиране масе.

Процес започиње рачунарским дизајном (ЦАД) или 3Д скенером за превођење модела у дигитална, тродимензионална мерења. Коришћењем изабраног материјала (течног, прашкастог, папирног или лима), више танких слојева се поставља и фузује загревањем, очвршћивањем, центрирањем, ламинирањем или фото-полимеризацијом како би се направио један јединствени објекат.

Технологија 3Д штампања еволуирала је током последњег трећег века; Извештај о патентном увиду за 2014. годину наводи око 2.635 патената у вези са технологијом 3Д штампања који су издати од раних 1970-их. Иако сваки патент може бити специфичан у погледу захтева и оправдања за издавање патента, они се могу генерално категорисати на основу следећег:

• Идентификован технолошки процес. Тренутно се у 3Д штампању користе 33 различита процеса, у распону од моделирања таложеним таложењем (ФДМ) - процеса загревања термопластичних материјала до полутечних стања, затим истискивања слоја по слој дуж рачунарско контролисаног пута - до стереолитографије, поступак где ултраљубичасти ласер очврсне слој течног фотополимера док га подиже или спушта платформа уроњена у резервоар за течни полимер сличан наношењу премаза након наношења боје док више слојева не резултира готовим делом.
• Материјали наведени у патенту. До сада издати патенти покривају 45 различитих материјала, укључујући керамику, глину, паладијум, папир, гуму, сребро, титан и восак.
• Употреба или апликација. На крају, било је најмање 22 комерцијалне апликације 3Д штампања, укључујући грађевинску, одбрамбену и прехрамбену индустрију.

Стање индустрије 3Д штампања

Многи посматрачи у индустрији тврде да је до данас недовољно продирање на масовна тржишта настало због обимних патената различитих компанија и вероватноће тужбе за интелектуалну својину. Једноставно речено, компаније нису потрошиле средства да би искористиле технологију јер се плаше да ће бити тужене.

Ова препрека конкуренцији задржала је нове учеснике на тржишту и високе цене; у ствари, превисок да би подржао потрошачке апликације на масовном тржишту. С обзиром на то да су многи патенти који покривају основну технологију истекли током 2013. године, а више ће истећи у 2014. и 2015. години, вероватно ће доћи до експлозије нових производа и смањења цена опреме слично паду другог електронског хардвера као што су телевизори, рачунари и мобилних телефона. Ниже цене ће по први пут пружити широки приступ потрошачима.

Према Пете Басилиере-у, водећи Гартнер-ов аналитичар 3Д штампе, упечатљива потрошачка апликација - нешто што код куће може створити само 3Д штампач - појавиће се до 2016. године и има сличан утицај на 3Д штампаче као прорачунска таблица за ПЦ или додавање камере мобилном телефону. Извештај компаније Гридлогицс Тецхнологиес пројектује да ће та технологија постати масовно тржиште јер ће потрошачима омогућити замену или стварање уобичајених предмета у домаћинству који се сада производе традиционалним производним методама и који укључују повезане трошкове маркетинга, логистике и одржавања залиха. Цхарлес В. Хулл, творац првог 3Д штампача средином 1980-их и суоснивач и главни технолошки службеник 3Д Системс, предвиђа да ће индустрија до краја ове деценије бити 4,5 милијарди долара..

Примене 3Д штампања

Будуће употребе 3Д штампања се још увек откривају. Следе само неке од тренутних апликација које су тренутно у току и које ће вероватно прво бити у употреби.

1. Медицински
Према ЦНН-у, 3Д штампачи већ користе истраживаче за штампање ситних трака ткива органа (биоотисак), као и лица на устима (ушију и носове). Штампани органи попут бубрега или јетре - следећа фаза у еволуцији технологије - могли би се у почетку користити за тестирање на лекове и вакцине и на крају произвести пријеко потребне органе за трансплантацију.

Басилиере каже, "3Д постројења за био-штампање са способношћу штампања људских органа и ткива напредоваће много брже од општег разумевања и прихватања посљедица ове технологије." Као одговор, Мике Титсцх, главни уредник 3Д Принтер Ворлд-а, тврди: „Многи главни медицински пробоји доживели су морални отпор, од трансплантације органа до матичних ћелија. Да ли ће си то моћи приуштити само богати? Играмо ли се са Богом? На крају, спашавање живота има тенденцију да превазиђе све приговоре. "

2. Вештачки удови
Студенти са Универзитета Вашингтон развили су протетску руку за 13-годишњу девојчицу која је у несрећи на чамцу изгубила уд. Иако није тако напредан као друга протетика, цена од 200 долара за материјале била је знатно испод трошкова од 6000 долара сличних уређаја, фактор који спречава широку примену у многим компанијама.

Килие Вицкер из Роцкланда у држави Илиноис, рођена без прстију на левој руци, добила је оперативни сет пластичних 3Д штампаних прстију за трошкове 5 долара и осмислила их средњошколска инжењерска класа. Канадски професор ради на процесу 3Д штампања како би направио протетске удове који ће бити упућени у Уганду за жртве њихових упорних грађанских ратова.

3. Мода
Мода је користила 3Д штампање за стварање визуелно запањујућих хаљина и додатака представљених на пистама Нев Иорк Фасхион Веек-а 2013, као и јединствене хаљине „дим“, откривене на Међународном сајму аутомобила у Франкфурту 2013. године. Димна хаљина аутоматски ствара вео дима кад год нетко крене у лични простор корисника.

Лади Гага је на АртРаве 2013. носила прву летећу хаљину на свету, Волантис, још једну 3Д штампану хаљину. Цонтинуум нуди први свјетски спреман за ношење потпуно 3Д штампан бикини, Н12, назван по материјалу од којег је израђен: Нилон 12.

4. Прототипови и тестни модели
Окфам Интернатионал, међународна конфедерација од 17 организација које раде на проналажењу практичних, иновативних начина да се људи извуку из сиромаштва, удружила се с МиМиниФацтори.цом за развој иновативних дизајна за решавање проблема хигијене воде у земљама трећег света. Дизајни се могу брзо штампати, тестирати и модификовати пре него што их премјесте у масовну производњу. Иако је процес још увек у раној фази, спонзори верују да ће се брзо тестирање нових уређаја и накнадне модификације помоћу 3Д штампања показати успешним у оваквим хуманитарним пројектима као што су уређаји за санирање руку за тренутних 2,4 милиона сиријских избеглица који живе у пренапученим, несанитарним условима.

Италијански проналазач Енрицо Дини развио је 3Д штампач, познат као Д-Схапе, који веже честице песка заједно како би створио седиментни камен. Каже се да штампач омогућава изградњу зграде четири пута брже од конвенционалних средстава за половину трошкова. Урбее, хибридни аутомобил који је дизајнирао Кор Ецологиц, двосед је са 200 километара по галону чија је процењена цена око 20 000 долара, а у потпуности је произведен 3Д штампањем.

5. Лична употреба
Људи ће моћи да штампају накит по мери, кућне потрепштине, играчке и алате било које величине, облика или боје, као и да могу да штампају резервне делове код куће, уместо да их наручују и чекају да им се испоруче . Према истраживачкој фирми Стратеги Аналитицс, кућни 3Д штампање би до 2030. могао прерасти у индустрију од 70 милијарди долара годишње.

3Д штампачи за храну могу чак коначно решити проблем натерања деце да једу своје поврће, јер ће родитељи имати могућност да их обликују у све врсте облика. Можда би неки финишер могао да буде убеђен да једе бруске клице ако би их припремали у облику диносауруса.

Препреке 3Д штампању

Иако је обећање 3Д штампача велико, постоје исто тако значајне препреке које треба превазићи пре него што се испуне очекивања предлагача индустрије.

1. Недостатак једноставних, јефтиних потрошачких штампача
3Д штампачи који се продају за мање од 1.000 долара имају ограничену способност, могу бити тешки за употребу, могу бити непоуздани и могу захтијевати употребу склопа руку. Иако ће ове грешке на крају бити превазиђене, може потрајати доста времена и пробних грешака и времена прије него што буде доступан доступни потрошачки модел.

Чланак из 2013. године у стратегији + бизнис напомиње да „без обзира колико јефтин 3Д штампач постаје, производна фабрика ће и даље нудити економичност на сировинама за штампање артефакта.“ У чланку се такође поставља питање да ли ће потрошач код куће користити 3Д штампач да направи пластичну виљушку или шаховски комад ако их може купити од локалног Валмарт-а.

2. Недостатак погодних материјала за штампање
Штампачи који су тренутно доступни по потрошачким ценама (2.500 и мање долара) ослањају се на технологију моделирања таложеног талога и ПЛА и АБС пластику. Овај материјал није чврст и ограничен је у употреби. Стручњаци верују да ће следећа генерација требати да користи угљене композите и метале ако ће бити корисни просечном потрошачу.

Чланак из 2014. у британском часопису Тхе Телеграпх хвали се заговорницима нове технологије који проглашавају тако светлу будућност, напомињући да чак и успешни кућни 3Д штампачи „стварају моделе који изгледају као да су остали неколико сати на радијатору“. Писац наставља да напомиње да иако је све у реду да пошаљете делове оружја на Интернет, али без средстава за метал (3Д потрошачи капацитета још увек немају), „вероватније је да ћете скинути руку него испалите метак. "

3. Потреба за знањем ЦАД дизајна
Иако су датотеке за преузимање за различите објекте доступне са веб локација попут Тхингиверсе и Схапеваис, оне су углавном техничке природе и можда нису компатибилне са сваким 3Д штампачем. Због маркетиншког хипеа око штампача, они ће се можда сматрати лакшима за руковање од искуства стварних корисника.

Том Меекс, сарадник блога 3Д штампачи корисника, примећује паралелу између 3Д штампача и система за кафу Кеуриг и важност дизајна потрошача и једноставности употребе, напоменувши да је Кеуригу требало 16 година да прихвати тржишно прихватање које данас има. И треба признати да постоји много више испијача кафе од потенцијалних корисника 3Д штампача. Маркетиншки стручњаци сматрају да штампачи морају бити једноставни за употребу као и конвенционални ласерски или тачкасти матрични штампачи ако желе да нађу широко прихватање.

4. Споро, неуредно и потенцијално опасно
Иако су савршени за јединствене или компликоване, скупе предмете, штампачи су преспори за масовну производњу. Употребљени материјали и њихове емисије током употребе, посебно пудери, могу бити неуредни и потенцијално токсични. Коначно, тренутни 3Д штампачи који користе ПЛА пластику раде на веома високим температурама (220 до 230 степени). Иако ови проблеми нису непремостиви, требаће им времена и улагања да се превазиђу.

Завршна реч

Да ли ће 3Д штампачи утицати на телевизију, рачунар или мобилни телефон како то очекују њихови заговорници, није познато. Како технологија расте, могућности и користи су бескрајне. То је сигурно технологија која би проницљиви потрошач била свесна и спремна за употребу како сазрева и постаје потрошачки производ..

Шта мислиш? Да ли сте заинтересовани да поседујете 3Д штампач?