3D tlačiareň - technológia, ktorá prinesie druhú priemyselnú revolúciu
Čo obnáša 3D tlač?
3D tlač je proces používaný desaťročia v priemysle, kde sa mu hovorí aj „rýchle prototypovanie“. Táto technológia sa objavila v 80. rokoch 20. storočia a pôvodne ju využívali spoločnosti s veľkým rozpočtom, napríklad v leteckom priemysle, alebo tímy Formuly 1.
Pracujú podobným spôsobom ako bežné tlačiarne, používajú namiesto atramentu rôzne materiály (od plastu po striebro alebo dokonca titán), ktoré „tlačia“ v postupných vrstvách, a vytvárajú tak objekt.
3D tlačiarne umožňujú návrhárom vyrobiť prototyp vo veľmi krátkom čase. Môže byť teda rýchlo testovaný a prestavovaný, čo výrazne znižuje čas potrebný na prechod z fázy prototypu k hotovému výrobku.
Napríklad automobilky Formule 1 mohli pomocou vysokorýchlostných prototypov vytvoriť komponenty s mimoriadne presnými tvarmi, ako sú spojlery. Výroba týchto zložitých dielov klasickými metódami mohla trvať niekoľko týždňov, ale použitie 3D tlačiarní toto obdobie skrátilo iba na 48 hodín. Ušetrený čas teda umožnil výrobcom testovať viac variantov komponentov a dostať sa do finálnej verzie oveľa rýchlejšie.
Ďalšou výhodou použitia 3D tlačiarní je ich schopnosť vytvárať tvary, ktoré nie je možné vytvoriť pomocou techník hromadnej výroby. To umožňuje spoločnostiam uchýliť sa k biomimike, kopírovaniu foriem prítomných v prírode, aby získali efektívnejšie výrobky za nižšie náklady. Jeden taký príklad pochádza z MIT, kde vedci pod vedením Neri Oxmanovej pomocou 3D tlačiarne vyrobili najľahší a najpevnejší betónový stĺp. Vychádzajúc zo skutočnosti, že kmeň rastliny je tvorený zvislými vláknami rôznej hustoty, Oxman použil 3D tlačiareň na tlač štruktúry z betónových vlákien s rôznymi hustotami.
Dnes je táto technológia prítomná vo väčšine výskumných laboratórií vlastnených spoločnosťami, ktoré vyrábajú gadgety, či už ide o žiletky, najsofistikovanejší smartphone alebo dokonca zložité komponenty lietadiel. 3D tlačiarne dokážu vyrábať aj veľké objekty: v roku 2011 sa Urbee stalo prvým autom, ktorého vonkajšie komponenty boli vyrobené výlučne pomocou 3D tlačiarne.
Technológia za posledných 20 rokov enormne pokročila, dnes je možné tlačiť 3D modely zo 40 druhov materiálov. Výsledkom tohto pokroku je, že 3D tlačiarne sa už nepoužívajú iba na výrobu prototypov, ale dokonca ani na hotové výrobky.
Špecialisti NASA sa domnievajú, že 3D tlačiarne sú účinnou metódou výroby nástrojov a náhradných dielov potrebných na správne fungovanie Medzinárodnej vesmírnej stanice. V súčasnosti stojí preprava kilogramu zariadenia do SSI asi 20 000 dolárov, takže použitie 3D tlačiarne by výrazne znížilo náklady. 3D tlačiareň navyše ponúka flexibilitu. Jeden z vedcov spolupracujúcich s NASA na projekte 3D tlače, Gonzalo Martinez, vysvetlil: „Keby mali astronauti Apolla 13 na palube 3D tlačiareň, slávna fráza „Houston, máme problém“ by vlastne bola „Houston, máme problém, pošli šablónu na vytlačenie nástroja, ktorý potrebujeme na jeho vyriešenie.“do „.
V roku 2011 špecialisti americkej vesmírnej agentúry úspešne otestovali tlač prístroja (francúzsky kľúč) za podmienok nulovej gravitácie. Výsledkom bolo, že NASA oznámila, že má v úmysle touto technológiou vybaviť Medzinárodnú vesmírnu stanicu v roku 2014.
Tlačiarne sa stávajú prístupnými pre remeselníkov
Napriek tomu, že 3D tlačiarne existujú už celé desaťročia, v súčasnosti ich používa veľa ľudí zapálených do vytvárania objektov v dôsledku výrazného zníženia nákladov na takýto systém.
Ak 3D tlačiarne používané v priemysle stoja až 1 milión dolárov, súpravy na výrobu drobných predmetov je možné zakúpiť za ceny od 1 300 dolárov.
Dnes túto technológiu používajú desiatky tisíc ľudí na navrhovanie a vytváranie predmetov a náhradných dielov. Viac ako 15 000 modelov sa už nachádza na najdôležitejšej stránke pre nadšencov 3D tlačiarní Thingiverse. Vytvorené predmety siahajú od užitočných, ako sú vázy, držiaky na zubné kefky, cez rôzne hry (napríklad šachové súpravy) až po skutočné umelecké diela alebo dokonca hudobné nástroje.
Stránka je založená na filozofii „otvoreného zdroja“, čo znamená, že akýkoľvek model nahraný na stránku je k dispozícii zadarmo a môže ho ktokoľvek upravovať podľa svojich vlastných preferencií.
Objekty je možné vo vašom počítači vytvárať pomocou bezplatných softvérových aplikácií, ako sú Google Sketchup alebo TinkerCAD.
Bre Prettis, generálny riaditeľ jednej z najznámejších spoločností v odbore MakerBot, uvádza, že „musíme urobiť všetko pre to, aby sa táto technológia dostala do rúk novej generácie. Dnešné deti budú musieť poznať „digitálny dizajn“, aby mohli vyriešiť problémy zajtrajška. “.
Spoločnosti zaoberajúce sa 3D tlačiarňami tvrdia, že rok 2012 je rokom, kedy bude na trhu po prvýkrát dostupný model do 1 000 dolárov, a že cena tohto zariadenia klesne, keď si technológiu osvojí čoraz viac ľudí.
Najdôležitejším krokom v histórii tejto revolučnej technológie bude okamih, keď už nebude výsadou nadšencov, ale bude ju využívať čoraz viac ľudí.
„Ak dokážeme demokratizovať prístup k tejto technológii, naša používateľská základňa sa rozrastie,“ uviedol výkonný riaditeľ spoločnosti 3D Systems Abraham Reichental. „Táto technológia skončí v spálni našich detí. 3D tlačiareň by mohla byť poslednou hračkou, ktorú kúpime našim deťom, pretože si ich potom sami vytvoria, tento proces podnieti ich kreativitu.„Reichentalské nároky.
V rokoch 2010 až 2011 sa priemerná cena 3D tlačiarní vyrobených spoločnosťou 3D Systems znížila na polovicu a ak bude trend pokračovať, prognóza Reichental by sa mohla stať realitou skôr, ako očakávame.
Výzva pirátstva
Aj keď sa technológia 3D tlače zatiaľ využíva v obmedzenom rozsahu, na trhu sa už začali objavovať prvé „pirátske kópie“ existujúcich produktov.
Jeden z najväčších webov na svete zameraný na zdieľanie súborov, The Pirate Bay, teda 23. januára oznámil, že spustí špeciálnu kategóriu venovanú 3D modelom. „My ako spoločnosť sme vždy šírili informácie a budeme v tom pokračovať. Veríme, že ďalší krok v oblasti kopírovania bude z digitálnej do fyzickej podoby. Veríme, že ľudia budú čoskoro tlačiť svoje autodiely a že maximálne o 20 rokov budeme sťahovať naše topánky z internetu.“, Oznamuje manifest The Pirate Bay.
„Spoločnosť bude mať z tejto technológie obrovské výhody: už nebude potrebné dodávať veľké množstvo výrobkov do rôznych častí sveta, nebude už viac nútených detí pracovať a hladní ľudia budú môcť byť kŕmení. „tlačené“ jedlo. Už nebudeme distribuovať iba recept, ako je to dnes, ale dokonca aj jedlo, “manifest„ pirátov “končí optimizmom.
V súčasnosti sú digitálne modely, ktoré distribuujú členovia komunity Pirate Bay, vytvárané sami, ale keďže si túto technológiu osvojuje čoraz viac ľudí, určite budú distribuované „modely“ bez súhlasu ľudí alebo spoločností, ktoré ich vlastnia. práva na tieto výtvory.
Inými slovami, ak dnes internet umožní nelegálne kopírovanie hollywoodskych piesní a filmov, o pár desaťročí bude možné „pirátiť“ fyzické produkty.
Prvé problémy sa už začali objavovať, web Thingiverse je spoločnosťou Games Workshop (spoločnosť vyrábajúca stolové hry) obviňovaný z nelegálneho prevádzkovania modelu z hry Warhammer, na ktorý spoločnosť vlastní práva duševného vlastníctva.
Aj keď spoločnosť Thingiverse stiahla tlač z webu, čoskoro sa objavila na serveri The Pirate Bay, čo je známkou toho, že boj proti 3D pirátstvu bude minimálne taký ťažký ako boj proti nelegálnemu sťahovaniu hudby a filmov.
3D tlačiarne v medicíne
Objekty nie sú jedinými výtvormi 3D tlačiarní. Sú tiež sľubnou technológiou pre medicínu, kde sa už používajú na tlač ľudského tkaniva a dokonca aj orgánov.
Demonštrácia tejto technológie sa uskutočnila minulý rok na konferencii TED v Kalifornii. Dr. Anthony Atala pomocou 3D tlačiarne vytlačil obličku pred očami verejnosti.
Pretože ľudia žijú dlhšie, stáva sa regeneratívna medicína dôležitejšou. „Za posledných 10 rokov sa počet pacientov vyžadujúcich transplantáciu orgánov zdvojnásobil, ale počet darovaných orgánov sa zvýšil len veľmi málo,“ vysvetlil doktor Atala v štádiu TED. Preto sa 3D tlačiarne považujú za potenciálne riešenie orgánovej krízy, ktorá sa každým dňom stáva akútnejšou.
V súčasnosti je táto technológia ešte len v začiatkoch, farmaceutické spoločnosti však čoraz viac investujú do jej vylepšenia. Jedným z dôvodov, prečo sa zaujímajú o 3D tlačiarne, je ich potenciál uľahčiť testovanie nových liekov. Ak napríklad môžu spoločnosti tlačiť tkanivá podobné ľudskej pečeni, umožní im to študovať účinky nových liekov na ňu. Škodlivé účinky nového lieku tak možno pozorovať oveľa rýchlejšie a za oveľa nižšiu cenu ako súčasné klinické štúdie.
Ďalšia inovácia vďaka 3D tlačiarňam pochádza z Belgicka, od spoločnosti Materialise, ktorá sa špecializuje na výrobu umelých bokov.
Pretože už nemusia vytvárať umelé boky pomocou technológií hromadnej výroby, môžu špecialisti spoločnosti Materialise modelovať každý výrobok tak, aby vyhovoval požiadavkám zákazníka, reprodukovať prirodzené krivky kostí a zabezpečiť, aby sa produkt ľahšie zvaroval s pacientovou prirodzenou kosťou. Pretože 3D tlačiarne majú mimoriadnu úroveň presnosti, má vytlačený umelý bok rovnakú vnútornú štruktúru ako prirodzené kosti, čo mu umožňuje byť ľahší ako bežné umelé boky bez toho, aby to malo vplyv na jeho pevnosť.
Ďalšia inovácia vyrobená v Belgicku pomocou 3D tlačiarní pochádza z Hasselt University. Pre svetovú premiéru bola dolná čeľusť 83-ročnej žene nahradená titánovým implantátom na mieru vytlačeným 3D tlačiarňou. Profesor Jules Poukens, jeden z vedcov zapojených do tohto úspechu, hovoril o zmenách, ktoré 3D tlačiarne prinášajú do sveta medicíny: “Technológia spôsobuje revolúciu v lekárskom priemysle. Tradičná operácia by trvala až 20 hodín a doba hospitalizácie na zotavenie bola 2 - 4 týždne, ale táto operácia trvala iba 4 hodiny a pacient mohol byť prepustený po 4 dňoch.„. Univerzitní špecialisti očakávajú, že takéto implantáty budú v budúcnosti široko používané.
V Nemecku vedci z Fraunhoferovho inštitútu používajú 3D tlačiarne na výrobu umelých krvných ciev. Vyrábajú sa v dvoch fázach: prvé, umelé trubice sa tlačia pomocou 3D tlačiarní a vytvorené trubice sa ošetria vysokovýkonným laserovým lúčom, aby im poskytli pružnosť skutočných žíl. Vedci z Fraunhoferovho inštitútu tvrdia, že tieto umelé krvné cievy by sa mohli použiť u pacientov, ktorí podstúpili bypass koronárnych artérií.
Optimistické predpovede
Jedným z najoptimistickejších podporovateľov 3D tlačiarní je vynálezca a futurista Ray Kurzweil. Tvrdí, že miera prijímania špičkových technológií v posledných rokoch neustále rastie a to isté sa stane aj v tomto prípade.
Kurzweil nedávno predstavil svoju víziu na podujatí „Učíme sa bez hraníc“ v Londýne. Ak sa dnes 3D tlačiarne budú používať v relatívne malom počte oblastí, o 10 rokov „budeme schopní dodať 3D tlačiareň do chudobnej krajiny, ktorej obyvatelia ju budú môcť použiť na tlač dielov pre inú tlačiareň,“ uviedol Kurzweil. „Pomocou tejto tlačiarne budú môcť tlačiť ďalšie dve, potom osem atď. Budú môcť pomocou týchto tlačiarní tlačiť všetky prvky potrebné pre moderný život, od komponentov domu až po potrubia potrebné na prepravu čistej vody alebo dokonca na solárne panely, “predpovedá Kurzweil.
Študenti navštevujúci Kurzweilovu univerzitu Singularity University už pracujú na navrhovaní budov, ktoré je možné postaviť pomocou 3D tlačiarní.
Ich optimistickú víziu zdieľa aj hlavný futurista spoločnosti Cisco Dave Evans. „Smerujeme k svetu, ktorý upustí od modelu „jedna veľkosť pre všetkých“ v prospech modelu „jedna veľkosť pre všetkých“. Bude možné vytvoriť čokoľvek na objednávku, všetky objekty budú prispôsobené„Hovorí Evans. „Rovnako ako dnes považujeme sťahovanie hudby z internetu za úplne prirodzené, v budúcnosti sa budeme zaoberať sťahovaním fyzických objektov,“ uviedol Evans s tým, že v domácnostiach budúcnosti môže byť aj osobná 3D tlačiareň.
Bre Prettis, vedúci spoločnosti MakerBot, je rovnako optimistický: „Mojím cieľom je, aby tlačiarne MakerBot dosiahli Mesiac a pomohli vybudovať základňu, ktorá nás uspokojí.“ Prettis verí, že 3D tlačiarne dokážu premeniť aj ten najpesimistickejší scenár na optimistický: „Dúfam, že v prípade apokalyptickej udalosti budú ľudia pripravení mať doma tlačiarne MakerBot, ktoré zvyknú používať vyrába veci, ktoré si už v obchode nemôžem kúpiť. Preto hovorím, že MakerBot nepredáva produkt, skutočne to mení budúcnosť. “.
Dopad, ktorý budú mať 3D tlačiarne na spoločnosť, je ťažké predvídať, začínajú sa však formovať niektoré dôležité efekty. V súčasnosti sa teda väčšina produktov vyrába v krajinách s najnižšími výrobnými nákladmi a potom sa prepravujú cez oceány: vďaka 3D tlačiarňam môžu byť produkty vytvárané tam, kde sú zákazníci, a možnosť prispôsobenia výtvorov podľa chuť každého z nich v niektorých prípadoch eliminuje potrebu hromadnej výroby.
3D tlačiarne tiež sľubujú neočakávaný dopad na spoločnosť. Ak dnes ľudia budú pomocou produktov, ktoré kupujú, budovať svoju identitu pomocou značiek, v budúcnosti bude možné, aby osobná identita bola výsledkom našich vlastných výtvorov vyrobených pomocou 3D tlačiarní.
V revolúcii 2D tlače trvalo asi 40 rokov, kým sa Gutenbergov vynález rozšíril po celej Európe a radikálne zmenil spoločnosť. Rovnako ako nikto nepredpovedal, ako by tlač znížila vplyv katolíckej cirkvi na kontinent a stimulovala vznik modernej vedy, je dnes nemožné predvídať všetky zmeny, ktoré táto nová tlačiarenská revolúcia prinesie. Jedna vec je istá: pretože technológia je zdokonalená, replikátor-the zo Star Treku opustí oblasť fikcie a stane sa nástrojom používaným v každodennom živote.