Počelo je od termalnog otiska, onda smo prešli na matričnu, lasersku, LED i ink-jet štampu, a danas je u fokusu štampanje 3D objekata. Samo do pre nekoliko godina štampanje je podrazumevalo "samo" nanošenje boje na papir nekom od pomenutih tehnika, a danas je štampa postala... proizvodnja. Da vidimo kako se štampaju delovi ili kompletni uređaji, skulpture, kuće, pa čak i hrana.
Zamislite srećno vreme u kome, kada vam zatreba neki proizvod, ne morate da idete po njega u prodavnicu ili da ga naručujete preko Interneta - naprostoga proizvedete u svom domu. Iako ovo deluje kao utopija, stvari se kreću u tom pravcu. Dobro, još uvek ne možemo da proizvedemo baš sve što poželimo, ali smo zahvaljujući 3D štampačima napravili važan korak unapreda. 3D štampa je relativno nova tehnologija koja ima potencijal da u potpunosti promeni svet u kome živimo - kao što su kućni računari to uradili pre nekoliko decenija. I ta tehnologija sada nam je nadohvat ruke.
Za nekoliko godina 3D štampači su od eksperimentalne faze ušli u prodavnice, po cenama koje pariraju malo kvalitetnijim "običnim" (2D) crno-belim i kolor laserskim štampačima. Tehnologija 3D štampača skalabilna je kao nijedna druga do sada - postoje 3D štampači u veličinama od stonih varijanti pa do džinovskih, dužine nekoliko desetina pa i stotina metara... Uz to, tehnologija 3D štampe toliko je fleksibilna da omogućava upotrebu najrazličitijih sirovina, od plastike i različitih polimera, pa sve do jestivih materijala.
U slojevima
U svojoj, potpuno ogoljenoj osnovi, 3D štampanje je proces u kojem se materijal nanosi u tankim slojevima i tako se formira trodimenzionalni objekat. Možemo reći da se proizvodnja u ovom slučaju odvija na potpuno drugačiji način od uobičajenog. Dok se u najvećem broju slučajeva konačan oblik dobija oduzimanjem određenog procenta materijala od početne količine (odsecanjem delova, bušenjem rupa i slično), kod 3D štampe reč je o obrnutom procesu - materijal se dodaje dok se ne dobije konačan oblik. Osnova za 3D štampu je digitalne prirode: to je fajl kreiran u CAD ili CAM programu.
Da li je onda 3D štampanje uopšte štampanje ili je možda pravilnije reći da se radi o proizvodnji? Da bismo odgovorili, vratimo se na trenutak običnoj štampi, tj. nanošenju veoma tankog sloja boje na list papira. Zamislite kada bi se na tom istom listu papira, iznova i iznova štampala ista slika. Posle n prolaza štampe bi se, makar teorijski, ukazao reljefni prikaz na mestima gde je naneta boja. 3D štampa u suštini je isto to, samo što se materijal (ekvivalent boji u prethodnom primeru) nanosi u malo debljem sloju, čime se mnogo brže postiže efekat trodimenzionalnosti. Dakle, s tehnološkog aspekta, 3D štampa samo je zaista proširenje običnog štampanja.
Prvi 3D štampač kreirao je još sredinom osamdesetih godina prošlog veka Charles Hull koji je koristio tehniku stereolitografije. Ta patentirana metoda podrazumevala je koncentrisani snop ultraljubičastog svetla fokusiranog na površinu koja je prekrivena tečnim foto-polimerom. Svetlosni snop koji se pokretao pod kontrolom računara, "crtao" je svaki nivo objekta na tečnoj površini. Osvetljeni tečni foto-polimer hemijski bi reagovao u dodiru s površinom na kojoj se nalazi, kristalizujući se i prelazeći u čvrsto stanje. Ponavljanjem tog procesa iz sloja u sloj, dobijao se trodimenzonalni oblik. Tada jefotolitografija bila preskupa, ali je Hullipak osnovao je kompaniju 3D Systems koja je 1989. ponudila prvi komercijalni 3D štampač koji je koštao preko 100.000 dolara. Kompanija i dalje postoji i vlasnik je niza patenata iz domena 3D štampe.
Kako se štampa u tri dimenzije?
Kao i kod tradicionalnih štampača i 3D printeri koriste različite tehnologije štampe. Najviše je u upotrebi Fused Deposition Modeling (FDM) tehnologija, koja se često naziva i Fused Filament Fabrication (FFF). Ta tehnologija podrazumeva topljenje Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS),Polylactic Acid (PLA), ili neke druge termoplastike, koja se u tečnom stanju nanosi na tačno određene lokacije u 3D prostoru. Druga mogućnost je već pomenuta stereolitografija, a tu je i Digital Light Projector (DLP) tehnologija 3D štampe, koja izlaže tečni polimer izvoru svetlosti iz Digital Light projektora, zahvaljujući kojoj se taj polimer stvrdnjava, sloj po sloj, formirajući konačan oblik 3D objekta. Multi-jet modeliranje je princip 3D štampe veoma sličan načinu na koji rade klasični ink-jet štampači. Ovaj sistem naizmenično "prska" sloj praha (pudera) i sloj neke vrste obojenog lepka koji ima zadatak da sjedini prah u čvrstu površinu. To je jedan od najbržih načina 3D štampe i jedan od retkih koji omogućava multikolorno 3D štampanje. Čak je moguće da se standardni Ink jet štampači modifikuju da štampaju materijale koji nisu mastilo. Postoje kompanije koje rade modifikaciju pijezoelektričnih glava, a jedna od njih je i MicroFab Technologies.
Selective Laser Sintering (SLS) je tehnologija koja koristi laser visoke snage kako bi sjedinila čestice plastike, metala, keramike ili stakla. Kod ove tehnologije zgodno je to što omogućava recikliranje preostalog materijala. Electron Beam Melting (EBM) koristi snop elektrona za topljenje metalnog praha, sloj po sloj. Najčešće se ovom metodom štampaju objekti od titanijuma u svrhu sintetizovanja medicinskih implanata ili avio-delova.
Različite tehnike i različiti 3D štampači koriste različite materijale. To mogu da budu metal, staklo, keramika, plastika, polimeri, kao i njihove kombinacije s drvetom i drugim materijalima. I ne samo to, pojedini 3D štampači u stanju su da kao materijal za štampu koriste jestive komponente - sir, led, čokoladu, šećer... To još uvek nije dostiglo nivo replikatora iz "Zvezdanih staza", ali od nečega mora da se počne, zar ne?
Prednosti 3D štampe
Prednosti su (valjda) svima jasne i očigledne. Umesto da se neki trodimenzionalni objekat zamišlja, sada može da bude predstavljen realno, u prirodnoj veličini, možda čak i sa svim svojim funkcijama. Nekada su dizajneri trošili mesece, pa i godine svog rada da proizvod s konceptualnog nivoa pretvore u 3D model ili prototip, a danas je to pitanje minuta ili časova (u kompleksnijim slučajevima). Takva promena imaće uticaj na kompletnu industriju. Neko ko je potrošio mesece rada na nekom proizvodu teško da će prihvatiti njegovu modifikaciju sem ako ne očekuje masovnu proizvodnju, a neko ko tu modifikaciju može da generiše gotovo u realnom vremenu lako će pristati na potpuno prilagođavanje zahtevima kupca. Drugim rečima, proizvođači će bez velikih troškova moći da pređu s masovne na pojedinačnu proizvodnju za poznatog kupca. Smanjiće se potreba za skladištenjem, proizvodi će biti prilagođeniji korisnicima (za šta će oni najverovatnije biti spremni da plate i više nego kada kupuju generički proizvod), a sve to vodi boljoj optimizaciji troškova i u krajnjoj liniji, ka većem profitu.
U ovom trenutku već postoji oblast koja se pomera ka takvom načinu proizvodnje, recimo industrija protetičkih pomagala. Proteze koje zamenjuju delove tela izgubljene u nesrećama ili nastale kao prirodni deformitet već nekoliko godina uspešno se koriste u svetu.
Druga prednost 3D štampe jeste u tome što će ljudi u sopstvenim domovima moći da štampaju delove koji su im potrebni. Neke kompanije možda će u budućnosti svoj poslovni model zasnivati na prodaji CAD i CAM modela objekata, sa specifikacijama materijala od kojih ti objekti treba da budu odštampani, a korisnik (bilo da je u pitanju serviser, krajnji kupac ili neko ko samo živi previše daleko da bi mu se proizvod brzo uručio) samo će morati da prati uputstva iz tog fajla...
Šta (možete) da štampate
Neke objekte već smo pomenuli u prethodnom delu teksta - prototipovi, modeli i proteze za osobe sa invaliditetom. Nova polja primene otkrivaju se skoro svakog dana. Na Internetu već mogu da se nađu primeri dizajniranja cipela pomoću 3D štampača, izrada nameštaja, nakita, personalizovanih poklona... Arheolozi već koriste ovu tehnologiju za rekonstruisanje nepotpunih skeleta izumrlih životinja i lomljivih artefakata. Vajari umesto da se bave fizičkim radom, mogu da gledaju kako 3D štampač stvara umetničko delo koje su oni zamislili.
3D štampa ima potencijalno ogromnu primenu u medicini. Specijalizovani 3D printeri razvijeni za medicinu već su sposobni da štampaju ćelije, sa ciljem da jednog dana budu u mogućnostida odštampaju kompletne ljudske organe (bubrege, vene...) Zubari mogu da izrađuju veštačke zube, pa čak i cele proteze, hirurzi pre operacije mogu da odštampaju izgled tumora i da se unapred pripreme na šta sve treba da obrate pažnju tokom operacije. Već je bilo primera u farmaceutskoj industriji za štampanje pilula. Zahvaljujući specijalnoj tehnologiji štampe ove "pilule budućnosti" brže se rastvaraju u ustima od konvencionalnih i mnogo ih je lakše progutati. Još jedna prednost ovakvih pilula jeste u tome što one mogu da se personalizuju, odnosno da se na osnovu laboratorijskih analiza i rezultata prilagode specifičnim potrebama svakog pojedinačnog pacijenta, čime se postižu najbolji mogući efekti.
Uspešni primeri trodimenzionalne štampe poznati su i u veterini. Jedna velika Caretta Carreta kornjača ostala je bez dela vilice nakon sudara s brodom, a zahvaljujući odštampanoj veštačkoj vilici njoj je spasen život. Metalnu vilicu napravila je kompanija BTech Innovation koja proizvodi proteze i implante. Na osnovu CT snimka, oni su putem 3D štampača uspeli da rekonstruišu vilicu kornjače koja je sada ponovo sposobna da se normalno hrani.
U praksi je već dokazano da 3D štampanje može da izazove pravu revoluciju u građevinskoj industriji. Kineska kompanija Insun prošle godine privukla je pažnju medija odštampavši deset kuća samo za 24 časa. Ove godine pokazali su da ista tehnologija može da se koristi i za višespratnice pošto su na jednom sajmu građevinarstva odštampali zgradu od pet spratova i trospratnu vilu. Sve zgrade napravljene su od betona koji je pripremljen od građevinskog otpada, a štampane su sloj po sloj. Za taj poduhvat koristili su ogroman 3D štampač dužine 150 metara, širine 10 metara i visine 6,5 metara. Osim neuporedivo veće brzine izgradnje kuća, ovaj način gradnje duplo je jeftiniji od tradicionalnog.
Forenzičari mogu da reprodukuju putanju metka kroz telo žrtve ili da na osnovu prikupljenih informacija naprave repliku oružja ili oruđa kojim je izveden neki zločin. Elektroničari će moći da štampaju elektronske komponente na različitim materijalima, a priprema hrane je jedan od najzanimljivijih aspekata 3D štampe. French Culinary Institute već koristi Fab@Home, open-source 3D printer koji je razvijen na Univerzitetu Kornel, za kreiranje jestivih umetičkih dela, a MIT je osmislio i razvio 3D štampač hrane koji je nazvan Cornucopia. I NASA eksperimentiše sa 3D štampanjem kako hrane, tako i rezervnih delova. Pošto su u uslovima u kojima rade astronauti svi resursi veoma ograničeni, uređaj koji će im omogućiti da na licu mesta odštampaju neki obrok ili rezervni deo može da znači razliku između preživljavanja i smrti.Najvažnije je to što su svi ti resursi, kao i 3D štampači, već sada dovoljno jeftini i njihova upotreba racionalizuje troškove, što druge tehnologije i procedure ne mogu da ponude.
Za pregled tržišta 3D štampača, opis modela i softverskih alata za 3D štampu pogledajte PC #228.
