Masz ochotę na cheeseburgera? Potrzebujesz nowej pary skarpet? Wątroba ledwo zipie? Wystarczy nacisnąć przycisk „Drukuj”
Tym razem weźmiemy na warsztat drukarki 3D. Póki co, tego typu urządzenia nie podbiły technologicznego rynku, przynajmniej w Polsce. Na łamach T3 sprawdzimy, w jaki sposób te innowacyjne replikatory potrafią stworzyć z żywicy coś, co będzie wyglądało jak normalny, rzeczywisty przedmiot. Wyprodukowanie wszystkiego, od gadżetów po części ciała i żywność jest już możliwe, a zacięcie się efektem pracy takiej drukarki jest o wiele trudniejsze.
Pod względem potencjału, drukowanie 3D jest najbardziej ekscytującą obecnie technologią, jaką można sobie wyobrazić. Architekci, projektanci i artyści poznali już olbrzymie możliwości drzemiące w druku 3D i dedykowanym mu sprzęcie. Coraz częściej jednak to przełomowe rozwiązanie brane jest „w obroty” przez wszelakiej maści naukowców. Dla przykładu, zespół na Uniwersytecie Cornell w Nowym Jorku opracował drukarkę, łączącą technologię z żywnością. Drukowanie żywności odbywa się tak samo, jak drukowanie wszystkiego innego, z tą różnicą, że wypełnia się zbiorniki półproduktami, a później za pomocą oprogramowania CAD projektuje się serową wieżę Eiffla, czy mięsnego jeża. Mięsny jeż, mięsny jeż, ty go zjesz, ty go zjesz…
Szacuje się, że w ciągu pięciu lat drukarki 3D będą w stanie masowo produkować do 90 procent swoich części, dzięki czemu staną się prawie całkowicie samowystarczalne. Stanowi to ogromną zachętę dla małych firm, które mogą zredukować koszty z użytkowania drukarki, a do tego skupić się na produkcji własnych części, nie oglądając się na zewnętrznych kontrahentów. Komercyjny sukces jest już widoczny wśród producentów części samochodowych, lalek, zabawek erotycznych, czy gitar. Z dobrodziejstw trójwymiarowego druku poza małymi przedsiębiorstwami korzystają także duże podmioty. Instytut Smithsonian ogłosił, że w tym roku planuje wydrukować mamuta, a gdyby tego było mało, planuje także stworzyć repliki każdego ze 136 milionów eksponatów prehistorycznych. Przykładów na wykorzystanie tej technologii nie trzeba nawet szukać aż tak daleko – niedawno lekarze ze szpitala im. Wojskowej Akademii Medycznej w Łodzi przy pomocy drukarki 3D stworzyli żywiczny model szczęki, następnie wykonali brakującą kość, która idealnie współgrała ze szczęką 19-letniej pacjentki. Stomatolodzy w takiej formie zabiegów widzą same zalety.
Amerykańscy naukowcy poszli jednakże o krok dalej. Otrzymali pozwolenie na wszczepienie implantu, który zastąpił 75 procent czaszki. Wszystko odbyło się bardzo podobnie, jak w przypadku zabiegu w Łodzi. Odwzorowanie szczegółów nowej głowy pewnego mężczyzny zrobiło wrażenie nie tylko na samym pacjencie, ale także na lekarzach.
Nowa czaszka miała nawet zagłębienia i tekstury, które zostały zaprojektowane z myślą o pobudzaniu wzrostu naturalnych kości. Implant powstał z biokompatybilnego przezroczystego polimeru, posiadającego właściwości mechaniczne zbliżone do tych, jakimi charakteryzują się ludzkie kości.
To tyle, jeśli chodzi o przyszłość i teraźniejszość. A co z przeszłością? Historia druku 3D sięga 1986 roku i wynalezienia stereolitografii, która polegała na obrysowywaniu laserem kolejnych przekrojów poziomych produkowanej części. Technologia awansowała w 1988 roku, kiedy zaczęto używać dysz na głowicy drukującej w celu stworzenia warstwy. Zadaniem dyszy było kontrolowanie przepływu materiału i jej automatycznego przemieszczania według np. instrukcji programu CAD. Podobnie jak w stereolitografii, model wytwarza się drukując warstwę po warstwie. Te metody, choć wynalezione zostały lata temu, wciąż cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na swoją dokładność, wynoszącą +/- 0,13 mm. W każdym przypadku surowcem jest tworzywo sztuczne w postaci bryły, proszku lub zwoju. W obiegu funkcjonuje kilka technik druku. Metoda FDM używa poliwęglanów lub termoplastów na bazie ABS-u, Polyjet sięga po żywicę akrylową, która utwardzana jest przy użyciu światła, a drukowanie odbywa się z fotopolimeru. Wyróżnia się także metodę SLS, która wykorzystuje technologię selektywnego spiekania laserem – przy tym wariancie najczęściej używa się warstw poliamidów lub metali.
Wśród najciekawszych drukarek 3D na pewno trzeba wyróżnić MakerBot Replicator 3D, która po raz pierwszy została przedstawiona na CES-ie w 2012 roku. Jej koszt zależy od tego, czy wybierzemy wersję z jedną bądź z dwoma głowicami. Prędkość druku wynosi ok. 40 mm na sekundę, a wielkość, której nie przeskoczy to 225x145x150 mm. MakerBot wykorzystuje całą paletę tworzyw sztucznych (PLA, PSA, ABS). Za opcję z jedną dyszą zapłacimy ok. 9 000 PLN. Zaskoczyć może także holenderski Ultimaker, mogący pochwalić się imponującą prędkością druku, wynoszącą aż 300 mm na sekundę. Choć nie jest to duże gabarytowo urządzenie, to dzięki małej dyszy może tworzyć obiekty o wymiarach 210x210x220 mm. Jego koszt to ok. 5 300 PLN. Są także budżetowe drukarki 3D, jak chociażby Printrbot – wyróżnia je nie tylko niska cena (ok. 2 000 PLN), ale także całkiem niezła prędkość wydruku 25 mm na sekundę. Obszar wydruku ma wymiary kwadratu o wielkości boku od 100 do 200 mm.
Kiedy zakupimy jedną z powyższych drukarek 3D pamiętać trzeba, że przyjdą one do nas w opcji „złóż to sam”. A skoro i tak trzeba ją samemu złożyć, zawsze pozostaje opcja open source. Niektórzy producenci umożliwiają pobranie z internetu informacji o budowie i działaniu ich produktu. Ale to wariant tylko dla maniaków majsterkowania lub czytelników „Młodego Technika”, ponieważ zamówienie części, a potem samodzielna budowa drukarki może nie być taka prosta. Pamiętajmy, że zawsze możemy wydrukować części nowej drukarki. I choć brzmi to jak kazirodztwo, to jest to doskonałe rozwiązanie. Największymi producentami sprzętu open source w druku są modele RepRap, kosztujące ok. 3 000 PLN. Droższą opcją jest RapCraft, który wyposażony jest w jedną lub dwie dysze. Za bardziej „wypasioną” drukarkę musimy zapłacić 6 000 PLN, ale pamiętajmy, że przy sprzęcie z dwoma dyszami mamy opcję drukowania dwoma rodzajami tworzywa lub dwoma kolorami. To wszystko brzmi wspaniale, ale jaka przyszłość czeka drukarki 3D?
Oprócz tego, że coraz częściej będą pojawiać się w naszych domach, to na pewno część rynku wypełni wąska grupa produktów specjalistycznych. Przykładem może być skonstruowana w Niemczech drukarka Photonic Professional GT, która oprócz tego, że potrafi wydrukować niemal wszystko, to zadziwiające jest to, że wydruki są wielkości ziarnka piasku i odbywają się ekspresowo – wydrukowanie modelu statku kosmicznego o wielkości 125 µm x 81 µm x 26,8 µm zajmuje 50 sekund…
Sektor nanodruku 3D pewnie nie odniesie żadnego większego komercyjnego sukcesu. Z drugiej strony, branża wojskowa, medyczna czy motoryzacyjna, być może już dziś w zaciszach swoich laboratoriów drukować w mikroskopijnej skali produkty, które w niedalekiej przyszłości zrewolucjonizują cały technologiczny świat…
Naukowcy z Uniwersytetu Południowej Karolinie twierdzą, że drukarki 3D już niedługo będą drukować domy oraz… całe osiedla. Zasada działania wydaje się być dość prosta, polega ona bowiem na nakładaniu warstwy po warstwie, tylko że zamiast plastiku używa się betonu, w międzyczasie dodając instalacje gazową, wodną i elektryczną. W zamyśle naukowców drukarka poruszać się będzie po wielkiej suwnicy. Według inżynierów średni czas pracy nad jednym domem o powierzchni 230 metrów kwadratowych wyniósłby 20 godzin. A skoro koszty rozbijałyby się tylko o materiały i zamontowanie drukarki… No cóż, żegnajcie kredyty na 30 lat, żegnajcie chwiejące się na nogach ekipy budowlane, witajcie domy i mieszkania. Do łask wraca więc stare: „Zaangażowaniem i ofiarnością budujemy lepszą przyszłość Ojczyzny! Bierność i bezwład opóźniają nasz rozwój!”
Drukuję/ Drukowanie w toku
Czas uaktualnić niewydolnego atramentowca:
MakerBot Replicator 2
Czwarta generacja maszyny z rozdzielczością sięgającą stu mikronów.
7 150 PLN, www.makerbot.com
Premier Axis 2.1
Szybka, silna wygląda jak wykonana przez Meccano.
5 400 PLN, www.reprapcentral.com
Formlabs Form1
Po zebraniu na Kickstarterze 3 milionów dolarów czas na domowe stereolitograficzne drukowanie.
10 000 PLN, www.formlabs.com
ChocCreator Vers 1
Zapomnij o wydrukach z żywicy, nadszedł czas na czekoladową rewolucję.
12 000 PLN, www.reprapcentral.com
Obecnie:
Aktualne projekty – od strasznych po nielegalne
Model twojej głowy z czekolady
Popiersie Steve’a Jobs’a
Stylowe maski Anonymous/V jak Vendetta
Jeden klucz pasujący do wszystkich kajdanek
Obrączki
Ręka robota
Hantle
Działający zegar
Naturalnej wielkości model nienarodzonego dziecka
Elementy broni
Przyszłość:
3D kusi nasz dzielny świat
Całe budynki – 2014 rok
Syntetyczne kości – 2015 rok
Ubrania – 2016 rok
Drukarki 3D – 2017 rok
Leki na receptę – 2018 rok
Elektryczne samochody – 2020 rok
Stek na obiad – 2025 rok
Smartfony – 2027 rok
Ludzkie organy – 2028 rok
Baza księżycowa – 2040 rok
