A 3D nyomtatás

Ha láttál már valaha Star Trek-et, biztos felmerült benned is a kérdés, hogy a replikátor hogyan működhet, vagy hogy mikor fogunk tudni mi is a semmiből kaját vagy más tárgyakat készíteni. A válasz pedig: Ma.

Egy kicsit túlzásnak érezheted az előbbi állításunkat, de ha elolvasod az alábbi cikkünket, rá fogsz jönni, hogy igazából nem is annyira jövő-, inkább jelenkép amiről beszélünk.

A 3D nyomtatás már az 1980-as években megjelent. 1983-ban a Stratasys Corp. szabadalmaztatta az FDM technológiás 3D nyomtatók gyártásának a jogát. A cégnek nem állt érdekében pár tízezer dollár alá vinni az árat, emiatt hosszú évekre kéziféket rántott az iparág fejlődése. Ennek ellenére az autó és repülőgép iparban már ekkor elkezdték használni a technológiát, kísérleti jelleggel.

2013-ban lejártak a szabadalmak, és egyszerre rengeteg gyártó jelent meg a fogyasztói felhasználásra szánt 3D nyomtatókkal a piacon. Először itt is a csillagászati árú, használatra készen érkező Ultimaker és MakerBot nyomtatók jelentek meg, milliós árcédulával. Ekkor fedezte fel a filmipar a technológiában rejlő potenciált. Legutoljára a kínából rendelhető, olcsó, DIY (Do It Yourself) nyomtatók jelentek meg. Ezek már elég olcsók voltak ahhoz, hogy a garázsbarkácsolók is megengedhessék maguknak a beszerzésüket. Most, hogy képben vagyunk a történelemmel és a piaccal, rátérhetünk a lényegre. Hogyan nyomtassunk kaját?

Az FDM (Fused Deposition Modelling) nyomtatásnál a 3 dimenziós modellt meghatározott vastagságú rétegekre vágjuk, majd feltöltjük őket a kiválasztott anyaggal.

Elemezzük a mondatot, nem nyelvtani szempontból:

Az FDM technológia arra alapul, hogy az olvasztott filamentszálat (általában műanyagot) kontrollált körülmények között kinyomjuk egy nagyon apró fúvókán. Ezt additív gyártásnak hívjuk, mivel nem egy tömb anyagból vesszük el, ami nem kell, hanem a semmiből építjük fel. Emiatt ideális körülmények között a 3D nyomtatás anyagveszteség nélküli gyártásra is képes. (Megj.: Ha valahol FFF technológiát olvasol, akkor az a Fused Filament Fabrication kifejezés rövidítése. Gyakorlatilag ugyanaz, mint az FDM, csak ez a kifejezés nincs levédve.)

Fénykép egy 3d nyomtatóról ami pla-val dolgozik

A modelleket saját magunk elkészíthetjük, vagy akár az internetről is letölthetjük őket. Gyakorlatilag bármilyen témával kapcsolatban találhatunk nyomtatható fájlokat a weben.

A modell nyomtatáshoz való előkészítése alatt a modellt egy úgynevezett szeletelőprogrammal kétdimenziós rétegekre vágjuk. A nyomtató ezeket a rétegeket fogja megrajzolni és anyaggal feltölteni.

A leggyakrabban használt alapanyag a PLA filament, és az ABS. Előbbi növényekből készül, és mindössze pár hónap alatt lebomlik, ezenkívül végtelenszer újrahasznosítható. Az ABS a LEGO kockák alapanyaga. Kőolaj alapú, emiatt nem annyira környezetbarát, de nagyon tartós, és jól színezhető.

Most már biztosan elég éhes vagy, úgyhogy gyorsan elmondjuk a korgó hasadnak a kajanyomtatás lényegét:

A műanyag helyére egy adag bekevert pizzatésztát is lehet tenni, amit a nyomtató egy forró asztalra tesz, ahol azonnal megsül. Ezután kicseréljük az anyagot pizzakrémre vagy tejfölre, amivel végig kenjük a tésztát. A pizza alapja lényegében kész, innentől az ízesítés csak rajtad múlik. Ameddig kényelmesen majszolod a friss eledeledet, mondunk még pár agyeldobós érdekességet a nyomtatásról:

Manapság egyre gyakoribb, hogy az iskolákban és egyetemeken 3D nyomtatott eszközökön keresztül mutatják be a tananyagot, például biológián, vagy műszaki egyetemeken a turbinák működését.

Egyre közelebb vagyunk ahhoz, hogy képesek legyünk 3D nyomtatóval 3D nyomtatni 3D nyomtatót. Léteznek már 80%-ban nyomtatott anyagokból készülő gépek, amiknek csak az elektronikája és a fűtőrendszere nem nyomtatott.

A telefonos kamerák és az otthoni PC-k számítási kapacitásának óriási növekedése miatt már egy telefonnal is lehetséges 3D szkennelni tárgyakat/embereket. A modellek természetesen kinyomtathatóak. Erről a témáról ebben(link) a cikkben találsz bővebb információt.

A hagyományos tervezési folyamatokat egyre nagyobb mértékben egészítik ki és váltják fel a számítógéppel generált modellek. A Generative Design technológia az utóbbi években kezdett elterjedni. A lényege, hogy a számítógépnek megadjuk, hogy két folyópart közé kell egy hidat készíteni. A kapott információk (távolság, magasság, talajviszonyok, a felhasznált anyag, a gyártási technológia) alapján a számítógép elkészíti a legoptimálisabb formát. Ennek következtében kevesebb anyagból erősebb hidat tudunk készíteni, amivel a környezetet is védjük.

Egy Carbon nevű cég komplett cipőtalpakat nyomtat az Adidas-nak. A talpak kialakítása és anyaga miatt egyszerűen lehetetlen más gyártási procedúrával, például fröccsöntéssel készíteni őket. A cég SLA technológiát használ, ami annyiban más az FDM-hez képest, hogy itt UV fénnyel szilárdítanak meg fotopolimer gyantát a rétegek mentén.

A végtaghiányos emberek számára is megváltás a 3D nyomtatás, mivel hosszú hónapok helyett pár hét alatt lehet személyre szabott protéziseket készíteni. Arról nem is beszélve, hogy ezek bármilyen célra alakíthatóak, vagy cserélhetőek is lehetnek.

A háznyomtatás sem a jövő zenéje már. Kínában, az USA-ban és Európában is sorra jelennek meg a betonból nyomtatott egy vagy kétszintes épületek.

Reméljük, finom volt a pizza. Desszertnek egy kis jövőbetekintést tudunk ajánlani:

Az élő szövet nyomtatásával kapcsolatban ma is sikeres kísérletek zajlanak. Szinte biztosak vagyunk abban, hogy pár év múlva már szervdonorokra sem lesz szükség, mivel az ember őssejtjeiből kinyert adatok alapján akár új szívet tudunk majd nyomtatni.

Amikor a Marsot fogjuk kolonizálni, az ott készült házaink 3D nyomtatottak lesznek. Fog a fene téglát cipelni a földről!

A 3D nyomtatás jelenlegi legnagyobb hátránya az időigényesség. Egy átlagos 10 centis tárgyat legalább nyolc óra kinyomtatni. Erre a problémára a rohamos ütemben fejlődő IoT rendszer lehet a megoldás. Ha sikerül minden gyártási és tervezési folyamatot optimalizálni, nem kizárt, hogy egyszer majd 3D nyomtatók, CNC marók és fröccsöntő gépek egymás mellett fognak dolgozni a gyárakban.

Szöveg: Polcz Péter

[radio_player id="1"]