Mnogi od nas se sjećaju vremena kada smo se divili mogućnostima života koji su proživljavali protagonisti Zvjezdanih staza s fikcijom koja postoji samo na malim ekranima i slobodnoj mašti. U svoj toj tehnološkoj nevjerojatnosti raznolikih izuma koji život čine iznimno naprednim i istovremeno posve jednostavnim jedna se od mogućnosti istaknula kao predmet želja svakog čovjeka – replikator. Svi smo s oduševljenjem gledali kako nekakav uređaj u tren oka može stvoriti željenu večeru, kreirati složene predmete, pa čak i čitave prostorije. Možda ćemo na teleportaciju morati pričekati još neko vrijeme, no nekadašnja znanstvena fantastika danas sve više postaje stvarnost. Tako smo od početne fikcije na kraju stigli do stvarne mogućnosti ispisivanja predmeta od različitih materijala u tri dimenzije.
Slaganje u slojevima
Trodimenzionalni ispis, 3D ispis, 3D printanje ili stručnog imena aditivna proizvodna tehnologija, naziva je nekoliko. No koji god od naziva koristili u principu nije osobito bitno, prije svega jer je riječ o tehnologiji s potencijalno bezgraničnim mogućnostima. Ako postoji ijedan segment moderne tehnologije koji će značajno izmijeniti svijet onda je to definitivno 3D pisač. Neki čak kažu da bi 3D pisač mogao imati veći utjecaj na naše živote nego Internet. „Živi bila pa vidjeli“, reklo bi se. Međutim, kada pročitate ove retke i ako ste u duši vizionar ili entuzijast vjerojatno ćete uvidjeti njezin potencijal koji bi u skorijoj budućnosti mogao značajno promijeniti naše živote. Najbolje u svemu je što kada dosegne svoj optimum riječ je o posve jednostavnoj tehnologiji koja u svojim korijenima ne zahtijeva ogromne resurse za sve ono što se njome može postići.
Po definiciji, 3D pisač je uređaj koji od određenog materijala ili više njih (npr. polimeri, metali, keramika, papir) može proizvesti čvrste oblike, dijelove i proizvode bilo kojeg geometrijskog oblika prethodno dizajniranog na računalu. 3D ispis je specifičan po tome što se predmeti izrađuju dodavanjem materijala sloj po sloj u neprekinutom kontinuitetu i bez nepotrebnog trošenja sirovine kao što je to slučaj kod klasičnih načina obrade kod kojih se skida višak materijala (glodanje, tokarenje, rezanje i sl.).
Od igle do lokomotive
Postoji nekoliko različitih tehnologija po kojima ovi uređaji rade, a sve su uglavnom međusobno različite i usko su povezane s vrstom materijala od kojih se predmeti izrađuju.
Jedan broj čitatelja ima određenu predodžbu o načinu rada i potencijalnim mogućnostima 3D ispisa. Međutim, iako u posljednje vrijeme imamo priliku pročitati pokoju vijest o svim novim dostignućima, za većinu je ova tema još uvijek velika nepoznanica. Mnogi će se vjerojatno iznenaditi kada im kažemo kako je sama tehnologija u vrijeme dok ovo pišemo poprilično napredovala, a mnoga se dostignuća na ovom polju već sad čine nestvarnim. Danas je pomoću 3D pisača moguće napraviti kompleksne stvari koje su primjenjive u čitavom nizu područja i svakodnevnom životu. Igračke, dijelovi za razne strojeve, medicinska pomagala, obuća, autoindustrija, građevina, pa čak i hrana (slastice) samo su dio onog što je u ovom trenutku ostvarivo.
Neki od praktičnih primjera koji se već koriste podrazumijevaju umjetne noge za nastradale životinje koje su napravljene da savršeno odgovaraju anatomiji i budu funkcionalan dio tijela. U Kini je napravljena kuća s dva kata od specijalnog materijala i to za svega desetak dana, a sam je objekt otporan na požar i potrese do 9 stupnjeva po Richteru. Na Sveučilištu Južne Kalifornije postoji veliki 3D pisačs tehnologijom Contour Crafting koji pomoću brizgalice koja ispušta beton može sagraditi kuću prema računalnom modelu za 24 sata.
Prednosti za medicinu
Američka tvrtka Local Motors već je predstavila električni automobil koji je većim dijelom ispisan od plastike i karbonskih vlakana. Cilj im je u budućnosti ponuditi siguran, snažan i jeftin automobil prilagođen kupcima. Što se, pak, automobilske industrije tiče, očekuje se da će do 2019. godine upotreba 3D pisača biti „teška“ više od milijardu dolara. Na drugom su kraju planete australski stručnjaci sa sveučilišta Monash predstavili prototip prvog mlaznog motora napravljenog 3D pisačem. Inače, Australija, Francuska i Njemačka su jedine zemlje u svijetu koje imaju velike 3D pisače za metal koji mogu proizvoditi glomazne kompleksne elemente.
Pored industrijske primjene 3D tehnologija ispisa ima i veliku primjenu u medicini što uključuje razna pomagala, savršene zubne proteze, umjetne dijelove skeleta, modele organa koji kirurzima pomažu pri operaciji, itd. Jedan od nevjerojatnih primjera je umjetni dio lubanje napravljen 3D pisačem od legure titana koji je ugrađen jednoj djevojčici s problemom hidrocefalusa (sindrom vodene glave). Još jedan izvanredan primjer je i L’Oreal koji u suradnji s tvrtkom Organovo radi na dobivanju umjetne žive kože iz 3D pisača koja će služiti za testiranje kozmetičkih proizvoda. Paralelno s time se istražuju i metode kojima bi se printanom kožom mogle liječiti opekline, odnosno za potrebe rekonstruktivne kirurgije. Uz to, Organovo je ranije izjavio kako može isprintati ljudsku jetru.
Razvitak tehnologije
Većina se spomenutih stvari čini kao priča iz budućnosti, no one se već događaju danas među nama. Ovakve i slične primjere mogli bismo nabrajati narednih nekoliko stranica što je svojstven dokaz da se tehnologija za 3D ispis već intenzivno koristi u mnogim područjima industrije, razvoja, medicine i života. Iz svega toga je lako zaključiti koliki će učinak ova tehnologija imati na naš svakodnevni život, i to u skorijoj budućnosti.
Međutim, izrada stvari pomoću takvih uređaja je trenutačno dosta skupa i još će neko vrijeme biti rezervirana institucijama koje se bave razvojem, izradom prototipa i slično, a koje raspolažu s velikom količinom novca. Mi se ovog puta nećemo detaljno baviti tehnologijama i mogućnostima vezanim za komercijalnu i industrijsku primjenu nego ćemo se fokusirati na tehnologiju dostupnu nižim razinama i kućnoj primjeni.
No prije nego se osvrnemo na 3D ispis koji je dostupan širim masama kratko ćemo se osvrnuti na same početke i razvoj.
Koliko god moderno zvučala 3D tehnologija ispisa nije novotarija nastala unazad nekoliko godina. Ideja seže unazad više od 30 godina, a sve je počelo još početkom osamdesetih godina 20. stoljeća u Japanu kada su osmišljene dvije proizvodne metode s upotrebom plastike. Prvi su 3D pisači bili poprilično veliki, skupi i ograničeni po pitanju mogućnosti. Nakon toga je Chuck Hall iz tvrtke 3D Systems razvio prototip uređaja s procesom poznatim pod nazivom stereolitografija.
Brzo unaprjeđenje
Hull je dizajnirao i STL (STereoLithography) datotečni format, te digitalno sjeckanje i strategije popunjavanja za 3D pisače koji se i danas koriste. Osim plastike kasnije se radilo i s metalom pomoću laserskih uređaja čije su metode uključivale sjedinjavanje i topljenje sirovine (SLS – Selective Laser Sintering, DMLS – Direct Metal Laser Sintering, SLM – Selective Laser Melting). Sredinom 90-ih godina uključene su još neke metode kao što su Microcasting i Sprayed Materials. Narednih godina sve metode korištene za izradu objekata su napredovale, kao i sami uređaji s kojima su radili. Razvoj je tekao polako i strpljivo, a danas smo tu gdje jesmo. Vjerojatno neće proći još dugo vremena prije nego počnemo koristiti ove uređaje u svakom kućanstvu.
3D ispis zahvaljujući napretku i pojednostavljenju tehnologije te open source zajednici danas može biti dostupan svima onima koji žele sami okusiti njegov potencijal. Prema ostvarenju tog cilja dosta toga kreće od „običnih“ uređaja koji bi trebali doprinijeti masovnoj popularizaciji 3D ispisa. Pojavom manjih stolnih varijanti ova se tehnologija približila svakom čovjeku koji je za nju zainteresiran. Velik doprinos tome je postignut zahvaljujući RepRap (REPlicating RApid Prototype) open source projektu profesora Adriana Bowyera pod čijim su okriljem s vremenom dizajnirani jedni od najnaprednijih stolnih 3D pisača koje danas poznajemo. Dizajni su dostupni svima, a svaki od njih možemo izraditi sami.
3D ispis za mase
Potrebno je nabaviti odgovarajuće dijelove, dok samo kućište pisača možemo isprintati na drugom 3D pisaču.Pomoću stolnog 3D pisača možemo vizualizirati i opipati 3D modele koje smo prethodno dizajnirali, izraditi probne primjerke, dijelove za kompleksnije objekte koji imaju pokretni mehanizam i slično. Mogućnosti su doista šarolike.
Stolni 3D pisači dimenzijama su slični malo većim inkjet ili laserskim pisačima koje svakodnevno koristimo. Ovi pisači dolaze u gotovom obliku u vidu uređaja kojeg možete odmah koristiti ili kao kit koji je potrebno samostalno sastaviti. Cijena im se kreće od nekoliko stotina eura, pa do nekoliko tisuća eura ovisno o sofisticiranosti samog uređaja. Tehnologija koju koristi ova vrsta uređaja se naziva Fused Deposition Modeling ili Fused Filament Fabrication koja podrazumijeva aplikaciju plastičnog filamenta (ABS ili PLA). Kod ovih uređaja materijal za izradu dolazi u vidu plastične žice promjera 3 ili 1,75 milimetara najčešće namotane na kolut s kojeg se postupno skida. Žica se dovodi na ispisnu glavu koja je zagrijava i u vrlo tankoj niti aplicira na površinu sloj po sloj do konačnog oblika. Kod ovih se uređaja najčešće glava za ispis kreće po x, y osi, dok se platforma na kojoj se ispisuje objekt kreće po z osi (po visini). Postoje i modeli kod kojih se ispisna glava kreće u sve tri osi, dok je platforma fiksirana i nepomična je.
Dizajn i priprema
Što se tiče same izrade objekata cijeli proces počinje virtualnim dizajnom modela kojeg želite ispisati. Za to se koriste specijalizirani CAD (Computer Aided Design) programi, a najpoznatije komercijalne verzije su AutoCAD, Solidworks, 3D Studio Max i drugi. No profesionalni su programi dosta komplicirani i zahtijevaju duži period učenja. Postoji i niz besplatnih alata za 3D modeliranje s kojima je nakon nekoliko sati obuke moguće samostalno izraditi 3D modele. Jedan od najpoznatijih takvih programa je svakako Blender koji je ujedno i poprilično moćan po pitanju mogućnosti.
Za one koji ne žele potrošiti brdo vremena na učenje 3D modeliranja mogu pogledati Google SketchUp koji je znatno jednostavniji za korištenje. Dobra strana SketchUp-a je što je dostupna i poveća baza već gotovih, dizajniranih objekata koje možete iskoristiti. Za one koji žele čim prije isprobati 3D ispis bez modeliranja vlastitih objekata na Internetu mogu pronaći servise s kojih je moguće besplatno preuzeti niz 3D modela spremnih za ispis. Jedan od najpoznatijih takvih servisa je Thingiverse koji nudi velik izbor (preko 100 000) svakojakih modela u STL formatu.
Slijedeći korak je prevođenje modela u geometrijski objekt koji je kao takav prepoznatljiv 3D pisaču (3D pisač ne razumije strukturu modela, nego isključivo geometrijsku strukturu).
Parametri za prilagodbu
Sve što je potrebno napraviti jest snimiti model u format STL (STereoLithography) nakon čega slijedi „sjeckanje“ objekta (obično pomoću softvera koji se isporučuje u 3D pisač) na horizontalne slojeve (layeri) koje će pisač potom ispisati jedan preko drugog. Za pisač su ovi slojevi poput 2D slike (s određenom debljinom) koju ispisuje na horizontalnoj površini jednu preko druge. Ovisno o veličini (u ovom slučaju visini) objekta i debljini niti koju smo pisaču podesili, slojeva može biti do nekoliko stotina i više.
Što je ispisna nit tanja time je ispisani objekt precizniji. No samim time je i vrijeme ispisa znatno duže. Međutim, tanja nit nije uvijek prednost, potrebno je dobro odvagnuti kad i gdje ćemo koristi tanju, a kad deblju nit. To ćemo naravno svladati s vremenom ispisujući objekte različitih oblika. Osim debljine pisaču možemo još podesiti i druge opcije koje su bitne za ispis, poput pozicije objekata na ispisnoj platformi, temperaturu taljenja, brzinu ispisa, gustoću materijala, itd. Tipična debljina sloja je 0,1 mm, koja se ovisno o tehnologiji može kretati od nekoliko mikrona do nekoliko centimetara. Kada se početni sloj ispiše na podlozi platforma se spušta (ili glava pisača podiže) za visinu sloja, te se nanosi sljedeći sloj. Postupak se ponavlja sve do završetka ispisa cijelog predmeta. Vrijeme ispisa ovisi o veličini predmeta, brzini i debljini niti. Za manje predmete ispis će trajati desetke minuta, dok se kod većih predmeta vrijeme mjeri u desetinama sati.
ABS ili PLA?
Što se tiče materijala kojeg možemo koristiti kod stolnih pisača dostupni su nam ABS (akrilonitril-butadien-stirel) i PLA (polikarbid) termalne plastike. Prva se dobiva iz nafte dok je druga ekološki prihvatljiviji (fermentirani biljni škrob). Ovi se materijali osim po sirovinskom razlikuju i po termalnim svojstvima (ABS se topi na preko 220 stupnjeva, a PLA između 180 i 200 stupnjeva celzijevih). Pomoću PLA materijala se može postići bolja preciznost objekta s dosta detalja. I jedan i drugi materijal se nakon izrade može obrađivati, polirati, bojati i drugo.
Filamenti su obično dostupni u raznim bojama (bijela, crvena, plava, zelena, žuta, crna), debljina žice im je 3 ili 1,75 mm i prodaju se po kilogramu. Cijena ime je od 250 kuna pa naviše, s time da je PLA jeftiniji od ABS-a. Što se tiče dostupnosti 3D pisača možemo reći kako je kod nas upotreba ovih uređaja u sve većem povoju.
Popularizaciji su svakako doprinijela razna okupljanja na kojima su predstavljani modeli pisača koji rade na ranim tehnologijama. Primjer je 3D Hubs (globalna internetska mreža sa sjedištem u Nizozemskoj namijenjena pružanju i korištenju usluga 3D ispisa) okupljanje koje je održano početkom ožujka prošle godine u Zagrebu na kojem se prijavilo 65 sudionika i izloženo je 9 3D uređaja. Među raznim uređajima stranih proizvođača (Makerbot, Replicator 2X, MendelMaxPro, Solidoodle 2, Ultimaker 2, itd.) predstavljen je i hrvatski proizvod Goya-GoGo.
Bezgranični potencijal
Na kraju što sve o ovome možemo reći. Još jednom se obistinilo da ono što nam se je nekada činilo nevjerojatnim ili nemogućim nakon izvjesnog broja godina postane našom svakodnevnicom.
Premda stvari još uvijek nisu na razini viđenog kao u Zvjezdanim stazama, izvjesno je kako se polako, ali sigurno približavamo tom cilju. Potencijal tehnologije 3D ispisa za budućnost se čini bezgraničnim. 3D printeri su se već sad pokazali iznimno korisnim u različitim životnim sferama, a s razvojem tehnologije i primjenom novih materijala lako je naslutiti koliko duboko će utjecati na život svakog čovjeka.
Onog trenutka kada 3D pisači počnu raditi na razini molekula i atoma mogući ćemo stvarati sve što poželimo. Tada više nećemo kupovati stvari koje inače kupujemo u dućanima nego ćemo ih jednostavno sami moći materijalizirati kod kuće.
Umjesto kupovine tvorničkog proizvoda trebati ćemo kupiti samo virtualni model željene stvari ili ćemo ga, pak, sami dizajnirati. Sve ostalo će odraditi 3D pisač.
Skrivena opasnost
Bez obzira na sve pozitivno što s njime dolazi, 3D ispis ima i svoju mračniju stranu. Zahvaljujući izvanrednim mogućnostima 3D ispisne tehnologije sve više se postavlja pitanje njezine zlouporabe i opasnosti. Primjer je plastični pištolj (revolver) koji je uspješno ispalio metke za kojeg su kreatori (kontroverzna skupina Defense Distributed) namjeravali nacrt i upute za izradu objaviti na Internetu. Obzirom da je izrađen od plastičnih materijala ovakvo oružje je lakše prokrijumčariti na određeno mjesto i kad je kontrola na ulazu pojačana.
Osim plastičnog, kompanija Solid Concepts je izradila pravi potpuno funkcionalan poluautomatski pištolj od metala koristeći Selective Laser Sintering (SLS) tehnologiju.
Sam proizvođač kaže kako nema bojazni od zlouporabe jer su uređaji koji mogu napraviti dijelove od metala basnoslovno skupi i nedostupni široj javnosti. No to ne znači da će jednog dana biti nemoguće napraviti i takvo oružje, ili neko drugo, kod kuće.
Forcebook UltraPrint 3D
