Druk 3D jak wynalazek Gutenberga?

Druk 3D jak wynalazek Gutenberga?

Przełom, który dokonał się za sprawą drukarek 3D widać już gołym okiem. A to wciąż ledwie kilkanaście lat funkcjonowania tej technologii na masową skalę! Korzystając z zaledwie kilku niedoskonałych jeszcze materiałów i urządzeń nie mogących uzyskać nanoprecyzji technologia 3D już stała się normą w sektorze zabawkarskim, poligraficznym czy kolekcjonerskim, ale także wojskowym, budowlanym i powoli również medycznym. Możemy tylko gdybać, na jak wysoki poziom rozwoju cywilizacji drukarki 3D zabiorą nas za 30 lat.


3D-printed Soft Four Legged Robot Can Walk on Sand and Stone


SLA, SLS i FDM – technologiczni weterani druku 3D

A przecież na początku wydawało się to wszystko sztuką dla sztuki, niczym więcej, jak tylko technologiczną ciekawostką. Kiedy w 1984 Chuck Hull zaprojektował technologię druku przestrzennego, sponsorzy nie walili do niego drzwiami i oknami. Dość powiedzieć, że swój produkt opatentował dopiero dwa lata później. To właśnie wówczas jego nowo założona firma 3D Systems zajęła się produkcją pierwszych drukarek 3D na sprzedaż. Oczywiście nie przypominały one jeszcze za bardzo urządzeń, które znamy. Cena urządzenia zwalała z nóg, a efekty jeszcze nie zachwycały. Ale to technika wykorzystywana w drukarkach 3D sprzed 30 lat to właśnie wciąż często stosowane SLA (czyli metoda stereolitograficzna) – pozwalające na wykonanie części niewielkich, o średnio skomplikowanej budowie, w miarę odpornych na warunki zewnętrzne. Problemem tej technologii od początku była konieczność umieszczenia elementu na stałym podłożu, a więc wyłączeniu z druku przynajmniej jednej powierzchni.

Z problemem tym poradziła sobie coraz częściej wykorzystywana dziś technologia SLS. Drukarka tego rodzaju za pomocą lasera roztapia proszek do postaci płynu, a następnie pozwalając mu przejść ponownie w stan stały (tzw. spiek). Dzięki temu drukowane elementy można dopracować ze wszystkich stron. SLS rozwijało się powoli – choć Carl Deckard i Joe Beman opracowali swój patent już niemal 40 lat temu (a podobną, nienazwaną technologię, rozwijał już w 1979 R. F. Housholder), do powszechnego użytku zaczęto je wykorzystywać dopiero pod koniec lat 90-tych. Dziś przez wielu ekspertów SLS uważana jest za najbardziej perspektywiczną i najkorzystniejszą z punktu widzenia użytkowników formą druku 3D, ale 3 dekady wcześniej nie było to jeszcze tak oczywiste.

Również w latach 1988 inny wynalazca, Scott Crump, założyciel firmy Stratasys, opracował technologię druku FDM (czyli osadzanie topionego materiału) – bardzo szybką, przystosowaną do mniej skomplikowanych drukarek i świetnie nadającą się do tworzenia prototypów. Jej wadą od lat pozostaje jednak mała dokładność i trudność w uzyskaniu owalnych kształtów.

Szczęśliwa rodzina drukarek 3D

Prawdziwego przełomu dokonał jednak w tej dziedzinie w 2006 roku Adrian Bowyer, budując pierwszy prototyp drukarki 3D przeznaczonej do użytku domowego. W założeniu urządzenia te miały powielać się same – to znaczy każda z części drukarki-matki powinna być możliwa do wydrukowania na niej samej przy tworzeniu projektu-córki. Niestety, w praktyce wciąż należy kupić przynajmniej kilka (w zależności od modelu) elementów bazowych, a jedynie część wydrukować. Mimo to taki sposób niemasowej produkcji może się w przyszłości stać dla odbiorców prywatnych okazją do oszczędzenia nawet kilkuset dolarów (dziś koszt drukarki Bowyera to wydatek rzędu 400-600 USD).

W Polsce dobrej jakości sprzęt można niekiedy kupić nawet taniej. Sprzyja temu intensywnie rozwijający się rynek pośredników i producentów. Coraz lepiej wyposażone sklepy oferujące usługi druku 3D sprawiają, że również handlarze muszą obniżać docelową cenę drukarek. Polski rynek w tej akurat branży wydaje się zmierzać do ustabilizowania na poziomie korzystnym najbardziej dla samych odbiorców i klientów.

Co ma budownictwo do druku przestrzennego i dlaczego druk 3D może się okazać ratunkiem dla milenialsów

Mimo niesamowicie prężnego rozwoju tej dziedziny technologii wciąż nie wszyscy zdają sobie sprawę, że nowoczesne domy powstają często właśnie dzięki drukowi 3D. W chwili obecnej za pomocą ogromnych maszyn tego typu tworzone są przede wszystkim fundamenty, sufity, oraz wewnętrzne i zewnętrzne ściany, ale w przyszłości możliwe zapewne będzie również wykonanie w ten sposób robót wykończeniowych.

Zastosowanie tej technologii oszczędza mnóstwo czasu (działają już firmy, które dzięki tej drukowi 3D tworzą domy w 48 godzin!), pozwala też ona uzyskać większą precyzję kosztem mniejszego nakładu pracy. Jest jednak pewien haczyk – drukarki 3D tej wielkości są wciąż bardzo kosztowne. Rynek jednak zapełnia się nowymi projektami i, jak prognozują eksperci, w ciągu kilkunastu lat technologia budowy domów za pomocą druku przestrzennego powinna okazać się ekonomicznie bardziej opłacalna nie tylko w skali makro, ale i mikro. Może to być rozwiązanie problemu niewystarczającej ilości mieszkań w przystępnych cenach dla przedstawicieli pokolenia Y (i w przyszłości zapewne również Z). Aby tak się jednak stało, za technologią będzie musiało nadążyć prawo budowlane.

Druk 3D pozwoli nam jeść fastfoody bez konsekwencji zdrowotnych, regenerować kości i żyć wiecznie?

Zastosowanie druku 3D nie ogranicza się jednak tylko do przemysłu. Już teraz jesteśmy w stanie wydrukować modele teoretyczne ludzkiego serca czy wątroby, implanty ucha, a nawet pojedyncze tkanki. Przewiduje się, że za niecałe 10 lat możliwe stanie się stworzenie funkcjonalnych naczyń krwionośnych, a niedługo potem całych organów. Jeżeli uda się to uczynić za pomocą metody przyrostowej, przeszczepione narządy organizm od razu potraktuje jak „swoje” (a więc chorzy unikną dożywotniego stosowania leków mających zapobiec odrzuceniu przeszczepu).

Czy to jednak oznacza, że będziemy mogli przestać się przejmować zdrowym odżywaniem czy dbaniem o kondycją fizyczną? Raczej nie, bo potencjalna rekonstrukcja całego organizmu to perspektywa medycyny nie za -dziesiąt, a -set lat. Poza tym, nawet jeżeli udałoby nam się w ten sposób wydłużyć życie, każdy przeszczep wiązałby się z ryzykiem śmierci. I pozostawał niezwykle kosztowną nomen omen operacją. Ale to wciąż więcej, niż jeszcze kilkanaście lat temu ktokolwiek mógłby oczekiwać!

Drukarki 3D to nie tylko ratunek dla niepełnosprawnych ludzi, ale i zwierząt

Na rozwoju protetyki 3D korzystają nie tylko ludzie, ale i zwierzęta. Protezy, które stosowało się u naszych mniejszych braci i sióstr rzadko, ze względu na duży koszt wytworzenia i potrzebę zastosowania częstokroć znacznie mniejszych konstrukcji niż w przypadku człowieka, teraz wykonuje się w wielu gabinetach weterynaryjnych.

Dla wielu zwierząt to szanse na odzyskanie sprawności i normalne życie. A dla właścicieli i opiekunów znacznie mniej problematyczna etycznie alternatywna eutanazji w przypadku bardzo poważnych uszkodzeń ciał pupili. A przy okazji zapewnienie twórcom protez możliwości obserwacji jej działania w celu udoskonalania produktu dla przyszłych puszystych użytkowników.

Oszczędności przedsiębiorców i szansa dla kreatywnych producentów

Dla wielu małych i nawet średnich przedsiębiorstw zaporowe okazują się wcale nie tak rzadko nie zakupy samych maszyn (na które można przecież otrzymać dofinansowania), ale ich konserwacja. Wielu producentów wielokrotnie zawyża ceny niewielkich części składowych takich urządzeń, częstokroć plastikowych i wyjątkowo prosto skonstruowanych. Niektóre z nich (naprawdę!) można porównywać do korka od butelki, za który zapłacicie, jeżeli część o podobnym kształcie wchodzi w skład specjalistycznej maszyny, nawet kilka tysięcy złotych.

Wynalezienie możliwości drukowania przestrzennego uznaje się za jeden z najważniejszych postępów cywilizacji na koniec XX wieku. Porównywania do Gutenberga nie są bezzasadne. Niemiecki rzemieślnik jako pierwszy w Europie użył ruchomej czcionki, a więc przemysłowej metody druku. Już kilka wieków przed nim z podobnego wynalazku korzystali jednak Chińczycy. Taka maszyna do pisania, jaką znamy, powstała natomiast dopiero w 1867 roku (choć już w 1714 zarejestrowany patent na stworzenie podobnego, choć znacznie mniej praktycznego urządzenia). Choć więc Gutenberg nie skonstruował maszyny do pisania ani nawet pierwszy na świecie nie zastosował mechaniczne metody druku, od lat funkcjonowania jako synonim wielkiej technologicznej zmiany. Ilustracja

I chyba słusznie – nawet jeśli jego zasługi konstrukcyjne nie są tak wielkie, jak gdyby się na pierwszy rzut oka zdawało, to właśnie dzięki niemu metoda ta rozpowszechniła się na świecie i pozwoliła na lepsza edukację społeczeństwa. Ciekawe, którą z naukowczyń bądź którego naukowca będziemy po latach kojarzyli jako matkę czy ojca technologii druku przestrzennego.

Druk 3D daje szansę na znaczne ograniczenie tych kosztów, szczególnie w przypadku mniej skomplikowanych elementów. Choć i z tymi nieco bardziej złożonych odpowiednia drukarka 3D bez problemu sobie poradzi. Czy to jednak znaczy, że druk 3D to zbawienie małych przedsiębiorców i przekleństwo producentów? Niekoniecznie. Nawet ci bowiem z nich, którzy produkują swoje wyroby taśmowo, bez użycia technologii druku przestrzennego, mogą testować nowe rozwiązanie sprzętowe poprzez szybkie stworzenie właśnie dzięki niej prototypów ulepszeń. Usprawnienie produkcji może się okazać dzięki drukowi 3D niemal bezpłatne. Przynajmniej w stosunku do zakupu całego nowego fabrycznego oprzyrządowania.

white, prosthetic arm, brown, wood surface, prostetic, proteza, 3d, print |  Piqsels

Oczywiście duża część z tego, co napisałem o możliwych kierunkach rozwoju branży to spekulacje. Być może druk 3D zostanie za jakiś czas wyparty przez inną technologię. A być może nie rozwinie się tak, jak mógłby z przyczyn ekonomicznych albo społecznych. Potencjał, który w nim tkwi jest jednak tak olbrzymi, że nawet jeżeli historia druku 3D potoczy się nie tak, jak się wszystkim wydaje, jego wpływ na drugie i trzecie dziesięciolecie XXI wieku będzie być może nawet większy niż ten, który wywarł na drugą połowę XV wieku wynalazek Gutenberga. A to już argument wystarczający, by okrzyknąć druk 3D jednym z najważniejszych technologii naszej cywilizacji.

 



Wydrukowali ptakowi dziób i uratowali mu życie dzięki drukarce 3D