Kas yra 3D spausdinimo technologija - kaip ji veikia, programos ir kliūtys

Šie revoliuciniai spausdintuvai vis labiau pastebimi mūsų kasdieniniame gyvenime:

• Pistoletai. 2013 m. Savistaba „kriptoanarchistas“ Cody Wilsonas sukūrė, sukūrė ir spausdino plastikinį ginklą, naudodamas 3D spausdinimo technologiją. Cody iššovė šūvį ir internete platino ginklo CAD failus. JAV vyriausybė uždarė svetainę daugiau nei 100 000 atsisiuntimų. 2014 m. Gegužę Japonijoje buvo sulaikytas Yoshitomo Imura, turintis penkis 3D spausdintinius ginklus.
• Kosmetika. „TechCrunch Disrupt“ parodoje Niujorke 2014 m. Gegužę Harvardo universiteto absolventė Grace Choi pademonstravo „Mink“, 3D spausdintuvą, kainuojantį mažiau nei 200 USD, kuriame FDA patvirtintas rašalas derinamas su įvairiais substratais, kad būtų galima sukurti bet kokio tipo makiažą, pradedant pudra, į kremą, į lūpų dažus. Choi teigimu, „Didelės makiažo kompanijos paima pigmentą ir substratus, sumaišo juos kartu ir tada padidina kainą. Mes darome tą patį ir leidžiame jums pasidaryti makiažą savo namuose. “
• Kūno dalys. Pagal 2013 m. Žurnalo TIME ataskaitą, 3D spausdintuvai iš kūno ląstelių jau drožinėja tokias kūno dalis, kaip ausys ir nosys. Dar ankstyvoje stadijoje ši technologija yra perspektyvi kosmetikos ir plastinės chirurgijos srityje.
• Maistas. Masačusetso technologijos institutas sukūrė 3D spausdintuvą maistui, pavadintą „Kornukopija“, o Prancūzijos kulinarijos institutas maistui ruošė Kornelio sukurtą „FabatHome“. Ko gero, „Žvaigždžių treke“ pavaizduoti kosminio amžiaus maisto replikatoriai nėra taip toli ateityje, kaip mes galime pamanyti.
• Kriminalistika ir archeologija. Televizijos laidoje „CSI: Niujorkas“ 3D spausdinimas naudojamas pakartoti kulką kūno viduje, kad būtų išvengta operacijos. Archeologai gali pakartoti trapius artefaktus tyrimams, nepažeisdami originalių neįkainojamų objektų. Pavyzdžiui, parodos „Discovery Time Square King Tut“ ekspozicijos lankytojai galėjo pamatyti beveik identišką 3D spausdintą mumijos kopiją, kurią pateikė įmonė „Materialize“..

Mikelandželas kartą paaiškino, kad kiekviename akmens bloke yra statulėlė, o skulptūros užduotis yra ją atrasti. Kai menininkas supranta siekiamą trimatį vaizdą, jo užduotis yra atsargiai nuvalyti pašalinę medžiagą, kad būtų atskleista paslėpta struktūra. Jei Mikelandželas būtų galėjęs naudoti 3D spausdintuvą, jo kūrybinis procesas būtų buvęs visiškai priešingas: pradedant nuo nieko ir pamažu kuriant savo psichinį vaizdą pridedant medžiagą, kol forma, kurios jis ieškojo, buvo baigta.

Kaip veikia 3D spausdinimas

Terminas „3D spausdinimas“ yra klaidinga, nes mažai panašus į dvimatį spausdinimą, kai popierius dedamas rašalu. Tačiau procesas yra panašus į spausdinimą tuo, kad gaunami skirtingi medžiagų sluoksniai, išdėstyti nuosekliai skirtingomis formomis, kad būtų sukurtas tvirtas trimatis objektas. Tikslesnis apibūdinimas būtų „priedų gamyba“, kitoks nei tradicinis gamyba būdas, pagrįstas kietos medžiagos pašalinimu iš didesnės nesuformuotos masės..

Procesas prasideda kompiuteriniu projektavimu (CAD) arba 3D skaitytuvu, kad modelis būtų paverčiamas skaitmeniniais, trijų matmenų matavimais. Naudojant pasirinktą medžiagą (skystą, miltelinį, popierinį ar lakštinę medžiagą), keli ploni sluoksniai dedami į vietą ir sulydomi kaitinant, kietinant, centruojant, sluoksniuojant ar fotopolimerizuojant, kad būtų sukurtas vienas vieningas objektas..

3D spausdinimo technologija vystėsi per pastarąjį trečiąjį amžių; 2014 m. „Patent Insight Pro“ ataskaitoje išvardyti maždaug 2635 patentai, susiję su 3D spausdinimo technologija, kurie buvo išduoti nuo 1970-ųjų pradžios. Nors kiekvienas patentas gali būti specifinis atsižvelgiant į jo reikalavimus ir pateisinimo pagrindimą patento išdavimui, juos paprastai galima suskirstyti į kategorijas pagal:

• Nustatytas technologijos procesas. Šiuo metu 3D spausdinimui naudojami 33 skirtingi procesai, pradedant nuo lydyto nusodinimo modeliavimo (FDM) - termoplastinių medžiagų kaitinimo iki pusiau skystų būsenų, po to ją išspaudžiant sluoksniu po sluoksnį kompiuteriu valdomu keliu - iki stereolitografijos, procesas, kai ultravioletiniu lazeriu sukietėja skysto fotopolimero sluoksnis, kai jį pakelia ar nuleidžia platforma, panardinta į skysto polimero baką, panašiai kaip dengiant sluoksnį po dažų sluoksniu, kol iš kelių sluoksnių bus gatavos dalys.
• Medžiagos, nurodytos patente. Iki šiol išduoti patentai apima 45 skirtingas medžiagas, įskaitant keramiką, molio, paladžio, popieriaus, gumos, sidabro, titano ir vaško.
• Naudojimas arba taikymas. Pagaliau buvo bent 22 komerciniai 3D spausdinimo pritaikymai, įskaitant statybos, gynybos ir maisto pramonę.

3D spausdinimo pramonės padėtis

Daugelis pramonės stebėtojų tvirtina, kad iki šiol skverbtis į masines rinkas negalėjo dėl daugybės skirtingų bendrovių patentų ir intelektinės nuosavybės bylų tikimybės. Paprasčiau tariant, įmonės neišleido išteklių išnaudoti šios technologijos, nes bijo būti teisiamos.

Dėl šios konkurencijos kliūčių naujiems rinkos dalyviams neliko rinkos, o kainos buvo aukštos; iš tikrųjų per didelis, kad būtų galima palaikyti masinės rinkos vartotojų programas. Panašu, kad daugelis patentų, susijusių su pagrindinėmis technologijomis, nustojo galioti 2013 m. Ir daugiau, baigsis 2014 m. Ir 2015 m., Greičiausiai įvyks naujų produktų sprogimas ir sumažės įrangos kainos, panašios į kitos elektroninės įrangos, tokios kaip televizoriai, kompiuteriai, mažėjimą. ir mobilieji telefonai. Mažesnės kainos pirmą kartą suteiks galimybę vartotojams plačiai naudotis.

Anot Pete'o Basiliere'o, pagrindinio 3D spausdinimo „Gartner“ analitiko, įtikinama vartotojų programa - tai, ką namuose gali sukurti tik 3D spausdintuvas - pasirodys iki 2016 m. Ir turės panašų poveikį 3D spausdintuvams kaip kompiuterio ar kompiuterio skaičiuoklė. kameros pridėjimas prie mobiliojo telefono. „Gridlogics Technologies“ ataskaitoje prognozuojama, kad ši technologija taps masinės rinkos preke, nes ji vartotojams leis pakeisti arba sukurti įprastus namų apyvokos daiktus, kurie dabar gaminami tradiciniais gamybos būdais, ir apima susijusias rinkodaros, logistikos ir atsargų priežiūros išlaidas. Charlesas W. Hullas, pirmojo devintojo dešimtmečio vidurio 3D spausdintuvo kūrėjas, „3D Systems“ įkūrėjas ir vyriausiasis technologijų pareigūnas, prognozuoja, kad iki šio dešimtmečio pabaigos pramonė taps 4,5 milijardo dolerių vertės verslu..

3D spausdinimo programos

Būsimi 3D spausdinimo naudojimo būdai vis dar atrandami. Toliau pateikiamos tik kelios šiuo metu vykdomos programos, kurios greičiausiai pirmiausia bus naudojamos.

1. Medicininis
Anot CNN, tyrinėtojai jau naudoja 3D spausdintuvus, norėdami atspausdinti mažas organų audinių juosteles (bioprinta), taip pat veido priedus (ausis ir nosį). Atspausdinti organai, tokie kaip inkstai ar kepenys - kitas technologijos raidos etapas - iš pradžių galėtų būti naudojami tiriant vaistus ir vakcinas ir galų gale sukuriant labai reikalingus organus transplantacijai..

Basiliere teigia: „3D bioprinti įrenginiai, turintys galimybę atspausdinti žmogaus organus ir audinius, bus kur kas greitesni nei suprantant ir priimant šios technologijos padarinius“. Atsakydamas Mike'as Titschas, „3D spausdintuvo pasaulio“ vyriausiasis redaktorius, teigia: „Daugybė didelių medicinos proveržių patyrė moralinį pasipriešinimą - nuo organų transplantacijos iki kamieninių ląstelių. Ar tik turtingieji galės tai sau leisti? Ar mes žaidžiame Dievą? Galų gale, gelbėdamas gyvybes, esi linkęs į prieštaravimus. “

2. Dirbtinės galūnės
Vašingtono universiteto studentai sukūrė protezą rankai 13-metei merginai, kuriai dėl valties avarijos buvo prarasta galūnė. Nors medžiagos nebuvo tokios pažangios kaip kitų protezavimų, medžiagų kaina 200 USD buvo žymiai mažesnė nei panašių prietaisų 6000 USD kaina, tai yra faktorius, kuris neleidžia plačiai taikyti daugelyje kompanijų.

Kylie Wicker iš Roklando (Ilinojaus valstija), gimusi be pirštų ant kairiosios rankos, gavo operacinį plastikinių 3D atspausdintų pirštų rinkinį, kurio kaina - 5 USD ir kurį sukūrė aukštosios mokyklos inžinerijos klasė. Kanados profesorius dirba 3D spausdinimo procese, kad padarytų protezavimo galūnes, kurios turi būti siunčiamos į Ugandą nuolatinio pilietinio karo aukoms..

3. Mada
Mada pasitelkė 3D spausdinimą kurdama vizualiai stulbinančias sukneles ir aksesuarus, pristatytus ant Niujorko mados savaitės 2013, o taip pat unikalią „dūmų“ suknelę, atidengtą 2013 m. Frankfurto tarptautinėje automobilių parodoje. Dūmų suknelė automatiškai sukuria dūmų šydą, kai kas nors žengia asmeninėje dėvėtojo erdvėje.

Lady Gaga 2013-ųjų „ArtRave“ dėvėjo pirmąją pasaulyje skraidančią suknelę, dar vieną 3D atspausdintą suknelę „Volantis“. „Continuum“ siūlo pirmąjį pasaulyje dėvėti visiškai 3D atspausdintą bikinį N12, pavadintą medžiagai, iš kurios pagaminta: Nylon 12.

4. Prototipai ir bandymo modeliai
„Oxfam International“, tarptautinė konfederacija, susidedanti iš 17 organizacijų, dirbančių ieškant praktinių, novatoriškų būdų žmonėms išbristi iš skurdo, kartu su „MyMiniFactory.com“ sukūrė naujoviškus dizainus, skirtus išspręsti vandens higienos problemas Trečiojo pasaulio šalyse. Projektus galima greitai atspausdinti, išbandyti ir modifikuoti prieš juos perkeliant į masinę gamybą. Kol kas dar ankstyvas procesas, rėmėjai tiki, kad greitas naujų prietaisų testavimas ir galimi 3D spausdinimo modifikavimai bus sėkmingi tokiuose humanitariniuose projektuose kaip rankų sanitarijos įrenginiai dabartiniams 2,4 mln. Sirijos pabėgėlių, gyvenančių perkrautomis, antisanitarinėmis sąlygomis..

Italų išradėjas Enrico Dini sukūrė 3D spausdintuvą, žinomą kaip „D-Shape“, kuris suriša smėlio daleles ir sukuria nuosėdinį akmenį. Teigiama, kad spausdintuvas leidžia pastatą pastatyti keturis kartus greičiau nei įprastomis priemonėmis už pusę kainos. „Urbee“, hibridinis automobilis, kurį sukūrė „Kor Ecologic“, yra dvivietis, galintis nuvažiuoti iki 200 mylių už galoną, kurio numatomos išlaidos siekia apie 20 000 USD, o jį visiškai gamina 3D spausdinimas.

5. Asmeninis naudojimas
Žmonės galės spausdinti pasirinktinius papuošalus, namų apyvokos reikmenis, žaislus ir įrankius, kad ir kokio dydžio, formos ar spalvos jie norėtų, taip pat galės atsispausdinti atsargines dalis namuose, o ne užsisakyti ir laukti, kol juos pristatys. . Tyrimų bendrovės „Strategy Analytics“ duomenimis, 3D spausdinimas namuose iki 2030 m. Galėtų tapti 70 milijardų JAV dolerių per metus.

3D 3D spausdintuvai maistui gali net pagaliau išspręsti problemą priversti vaikus valgyti savo daržoves, nes tėvai turės galimybę formuoti juos į įvairiausias formas. Galbūt įkyrus mažylis gali būti įsitikinęs, kad valgo Briuselio kopūstus, jei jie buvo paruošti dinozauro formos.

Kliūtys 3D spausdinimui

Nors 3D spausdintuvų pažadas yra nemažas, yra tiek pat reikšmingų kliūčių, kurias reikia įveikti, kol jis nepateisins pramonės šalininkų lūkesčių.

1. Paprastų, nebrangių vartotojų spausdintuvų trūkumas
3D spausdintuvai, parduoti už mažiau nei 1 000 USD, turi ribotas galimybes, gali būti sunkiai eksploatuojami, gali būti nepatikimi ir gali reikėti naudoti rankinį surinkimą. Nors šie trūkumai galiausiai bus pašalinti, gali prireikti nemažai bandymų ir klaidų, kol bus prieinamas prieinamas vartotojui skirtas modelis.

2013 m. Straipsnio + verslo straipsnyje pažymima, kad „nepriklausomai nuo to, koks pigus 3D spausdintuvas taps, gamykla ir toliau teiks masinio taupymo žaliavas, skirtas spausdinti artefaktą“. Straipsnyje taip pat abejojama, ar vartotojas namuose naudos 3D spausdintuvą, kad padarytų plastikinę šakutę ar šachmatų detalę, jei jis gali ją nusipirkti iš vietinio „Walmart“..

2. Tinkamų spausdinti medžiagų trūkumas
Spausdintuvai, kuriuos šiuo metu galima įsigyti vartotojų kainomis (2 500 USD ir mažiau), remiasi lydyto nusodinimo modeliavimo technologija ir PLA bei ABS plastikais. Ši medžiaga nėra tvirta ir yra riboto naudojimo. Ekspertai mano, kad naujoji karta turės naudoti anglies kompozitus ir metalus, jei tai bus naudinga paprastam vartotojui.

2014 m. JK „The Telegraph“ straipsnis gąsdina naujosios technologijos šalininkais, skelbiančiais apie tokią šviesią ateitį, pažymėdamas, kad net ir sėkmingi namų 3D spausdintuvai „sukuria modelius, kurie atrodo, kad jie buvo palikti ant radiatoriaus per kelias valandas“. Rašytojas taip pat pažymi, kad nors labai gerai įkelti ginklų dalis į internetą, tačiau neturint priemonių metalui gaminti (3D talpyklos spausdintuvų, kurių talpa nėra, dar nėra), „labiau tikėtina, kad nuimsi ranką nei iššauti kulką. “

3. CAD projektavimo žinių poreikis
Nors įvairių objektų atsisiunčiamus failus galima rasti tokiose svetainėse kaip „Thingiverse“ ir „Shapeways“, jie dažniausiai yra techniniai ir gali būti nesuderinami su visais 3D spausdintuvais. Dėl spausdintuvus supančios rinkodaros tendencijos gali būti pavaizduota, kad juos lengviau naudoti nei faktinių vartotojų patirtį.

Tomas Meeksas, 3D spausdintuvų naudotojų tinklaraščio bendradarbis, atkreipia dėmesį į 3D spausdintuvų ir „Keurig“ kavos aparatų sistemos paralelę bei vartotojų dizaino svarbą ir naudojimo paprastumą, pažymėdamas, kad Keurigui prireikė 16 metų, kad šis įgytų rinkos pripažinimą. Ir reikia pripažinti, kad kavos gėrėjų yra kur kas daugiau nei potencialių 3D spausdintuvų vartotojų. Rinkodaros ekspertai mano, kad spausdintuvus reikia naudoti taip pat paprastai, kaip įprastus lazerinius ar taškinius matricinius spausdintuvus, jei jie nori plataus pripažinimo.

4. Lėtas, nešvarus ir potencialiai pavojingas
Nors spausdintuvai puikiai tinka vienkartiniams ar sudėtingesniems, brangiems objektams, jie yra per lėti masinei gamybai. Naudojamos medžiagos ir jų išsiskyrimas naudojimo metu, ypač milteliai, gali būti nešvarios ir potencialiai toksiškos. Galiausiai, 3D spausdintuvai, naudojantys PLA plastiką, veikia labai aukštoje temperatūroje (nuo 220 iki 230 laipsnių). Nors šios problemos nėra neįveikiamos, joms įveikti prireiks laiko ir investicijų.

Galutinis žodis

Ar 3D spausdintuvai turės televizoriaus, kompiuterio ar mobiliojo telefono poveikį, kaip tikėjosi jo šalininkai, nežinoma. Tobulėjant technologijoms, galimybės ir nauda yra begalinė. Tai tikrai yra technologija, kurią nuovokus vartotojas suvokia ir yra pasirengęs naudoti, kai subręsta ir tampa plataus vartojimo produktu..

Ką tu manai? Ar jus domina 3D spausdintuvo turėjimas?