3D Printing: Η 4η βιομηχανική επανάσταση ξεκινάει στο σαλόνι σας

Τύπωσέ τα (ή κατασκεύασε τα) όλα μόνος σου. Η εκτύπωση τρισδιάστατων αντικειμένων είναι απλή και σύντομα θα γίνει ακόμη απλούστερη και πολύ πιο προσιτή.

Πώς θα σας φαινόταν αν μπορούσατε να κατασκευάσετε ένα τρισδιάστατο μοντέλο του Παρθενώνα με λίγα κλικ στον υπολογιστή σας; Ή να «χτίσετε» την προτομή σας μέσα σε μερικά λεπτά από την άνεση του γραφείου σας; Ή να δημιουργήσετε ένα δαχτυλίδι ή ένα κολιέ όπως το φαντάζεστε, αλλά και να κατασκευάσετε παπούτσια  ακριβώς στα μέτρα σας; Ή να δημιουργήσετε μια επαγγελματικών προδιαγραφών τούρτα πετώντας απλώς τα υλικά σε ένα μηχάνημα;

Για να το πάμε ένα βήμα πιο μακριά, τι θα λέγατε αν από εκτυπωτή έβγαινε ένα ολόκληρο σπίτι, ένα ποδήλατο ή μια ολόκληρη βάση στον πλανήτη Άρη; Ή, για να το πάμε αρκετά βήματα πιο μακριά, πώς θα αντιδρούσατε αν ένας printer κατασκεύαζε ένα λειτουργικό αυτί, ένα συκώτι ή μια καρδιά;

Όλα αυτά ίσως φαντάζουν βγαλμένα από ταινία επιστημονικής φαντασίας, αλλά είναι ήδη εφικτά χάρη στην τεχνολογία της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Καρδιές και συκώτια δεν μπορούμε να εκτυπώσουμε (ακόμη) στο σπίτι ή στο γραφείο, είναι όμως χιλιάδες τα αντικείμενα που μπορούν να δημιουργηθούν εύκολα και γρήγορα με τους οικιακούς εκτυπωτές τριών διαστάσεων.

Γι’ αυτό και το 3D Printing θεωρείται μία από τις σημαντικότερες και πλέον δημοκρατικές τεχνολογίες των τελευταίων δεκαετιών – δεν είναι άλλωστε τυχαίο ότι αποκαλείται και «κατά παραγγελία κατασκευή» (on-demand). Πολλοί,  βέβαια, επισημαίνουν ότι το hype που την περιβάλλει είναι υπερβολικό και ότι η τεχνολογία δεν είναι ακόμη αρκετά ώριμη και προσιτή ώστε να γίνει μαζική.

Για κάποιον λόγο, τα πιο δημοφιλή αντικείμενα που εκτυπώνονται σε οικιακούς 3D printers είναι οι προτομές και τα ομοιώματα.

Photo credit: MoonRay Desktop 3D Printer

Τι ακριβώς είναι το 3D Printing;

Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια προηγμένη διαδικασία που μάλλον αδικείται από τον όρο «printing». Το λέμε αυτό γιατί δεν πρόκειται περί εκτύπωσης, αλλά για μια προηγμένη διαδικασία κατασκευής τρισδιάστατων αντικειμένων από μια συσκευή που ελέγχεται από ηλεκτρονικό υπολογιστή ή smartphone. Αυτός είναι και ο λόγος που πολλοί επιλέγουν τον όρο «προσθετική κατασκευή» (Additive Manufacturing). Ανεξαρτήτως ονοματοδοσίας, πάντως, η διαδικασία είναι άκρως επαναστατική και υπόσχεται να αλλάξει τον κατασκευαστικό τομέα, αλλά και σειρά άλλων κλάδων λόγω της ευκολίας, της ταχύτητας και του χαμηλότερου κόστους που προσφέρει.

Αν και υπάρχουν ποικίλες τεχνολογίες (πχ. FFM, FDM, SLA/ στερεολιθογραφία, SLS κ.ά.) και πληθώρα μοντέλων τρισδιάστατων εκτυπωτών, η κεντρική ιδέα είναι κοινή: δημιουργία αντικειμένων μέσω πολλαπλών στρώσεων (layers) υλικών που στη συνέχεια στερεοποιούνται σε ένα φυσικό αντικείμενο τριών διαστάσεων.

Ορισμένοι printers λειτουργούν με υλικά που αρχικά υγροποιούνται μερικώς ή λειώνονται εντελώς προκειμένου να πάρουν το επιθυμητό σχήμα και στη συνέχεια στερεοποιούνται εκ νέου. Σε ορισμένους εκτυπωτές το τελικό αποτέλεσμα πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία, έως ότου φτάσει στο απαιτούμενο αποτέλεσμα.

Photo credit: Natural Machines | O Chef Henrik Poulsen δημιουργεί γλυκές και αλμυρές λιχουδιές χρησιμοποιώντας αποκλειστικά τους 3D printers της σειράς Foodini.

Ποια υλικά χρησιμοποιούνται

Τα υλικά που συνήθως χρησιμοποιούνται στις 3D εκτυπώσεις είναι το πλαστικό, το καουτσούκ, ο ψαμμίτης, διάφορα ειδικά κράματα μετάλλων, αλλά και σειρά άλλων υλικών. Στα πιο δημοφιλή συγκαταλέγεται το PLA, ένα ιδιαίτερα εύπλαστο θερμοπλαστικό που εκτός από ιδιαίτερα προσιτό είναι και βιοδιασπώμενο, άρα και ιδιαίτερα φιλικό προς το περιβάλλον.

Επίσης, το ABS, ένα θερμοπλαστικό που χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία κατασκευής προϊόντων (π.χ. στα γνωστά σε όλους LEGO), το οποίο είναι επίσης εύκαμπτο (αν και όχι όσο το PLA), πιο ανθεκτικό, αλλά λιγότερο οικολογικό. Επειδή βέβαια στο παιχνίδι της τρισδιάστατης εκτύπωσης συναντάμε πλέον ρούχα και παπούτσια, τα υλικά τροφοδότησης του εκτυπωτή είναι και τα ειδικά υφάσματα και δέρματα, το νάιλον, και πολλά ακόμη. Ή τα απαιτούμενα για να εκτυπωθεί μια γέφυρα ή μια ολόκληρη γειτονιά.

Σε κάθε περίπτωση, βέβαια, προαπαιτείται ένα ψηφιακό αρχείο-σχέδιο ή μοντέλο στο οποίο θα βασιστεί η διαδικασία κατασκευής του αντικειμένου.

Η Rolls-Royce 103EX είναι το ιδανικό παράδειγμα χρήσης του 3D printing στην αυτοκινητοβιομηχανία: προσφέρει δυνατότητα προσαρμογής στις απαιτήσεις του πελάτη, όσο πολύπλοκες και υπερβολικές κι αν είναι.

Τι μπορείτε να εκτυπώσετε

Οι επαγγελματικοί 3D εκτυπωτές μπορούν να εκτυπώσουν πληθώρα διαφορετικών αντικειμένων. Από μέρη αυτοκινήτων και αεροπλάνων μέχρι διαστημικούς σταθμούς σε συνθήκες μηδενικής βαρύτητας. Στην ιατρική και τη βιοτεχνολογία, οι εφαρμογές είναι αναρίθμητες: από ένα μόσχευμα που αξιοποιήθηκε σε μεταμόσχευση ήπατος, μέχρι καρδιές. 

Και φυσικά, αρκετά φαγητά, που δυνητικά θα μπορούσαν να επιλύσουν το πρόβλημα της ασιτίας στον τρίτο κόσμο. Αναρίθμητες είναι οι επιλογές στα ενδύματα και τα υποδήματα,  αλλά και στα κοσμήματα και τα κάθε λογής αξεσουάρ. 

Οι καταναλωτικοί ή οικιακοί εκτυπωτές μπορούν, βέβαια, να κατασκευάσουν πληθώρα αντικειμένων. Αρκετών χρηστικών και –μεταξύ μας– πολλών άχρηστων, πλην όμως πολύ διασκεδαστικών αντικειμένων: βαράκια, παιδικά παιχνίδια, μπαλόνια, γλάστρες, θήκες για κινητά, πορτατίφ, ανοιχτήρια, μουσικά όργανα, σχεδόν οτιδήποτε περνάει από το μυαλό μας και μπορεί να σχεδιαστεί στα ειδικά λογισμικά που συνοδεύουν τους 3D printers.

Πλέον, υπάρχουν και 3D printers που μπορούν να εκτυπώσουν αντίγραφά τους! Πρακτικά, να αναπαραχθούν κατασκευάζοντας τα μέρη τους. Αυτό ναι, είναι βγαλμένο από ταινία επιστημονικής φαντασίας. Ένα δείγμα στο παρακάτω βίντεο:

Video credit: RepRap

Η σύντομη ιστορία του 3D printing

Αν και η μόδα της τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει εμφανιστεί τα τελευταία χρόνια, οι πρώτες δοκιμές ξεκίνησαν πριν από τρεις δεκαετίες. Θεωρείται ότι ο πρώτος λειτουργικός εκτυπωτής 3D ήταν ο SLA-1, που εφευρέθηκε από τον Chuck Hull το 1983.

Βασιζόταν σε μια πατενταρισμένη μέθοδο που ο επιστήμονας ονόμασε «στερεολιθογραφία», και θυμίζει την κεντρική ιδέα της σύγχρονης τεχνολογίας: κατασκευή στερεών αντικειμένων μέσω της ρίψης (για να μην πούμε «εκτύπωσης»!) επάλληλων στρώσεων υλικού. Μπορεί το μοντέλο αυτό να μη γνώρισε επιτυχία, αλλά άνοιξε τον δρόμο για πολλά μεταγενέστερα. Ο ίδιος ο Hull άλλωστε ίδρυσε την εταιρεία 3D Systems μία από τις γνωστότερες του κλάδου.

Το 3D printed παπούτσι της Adidas αναδεικνύει τον δρόμο που αναπόφευκτα θα ακολουθήσουν ακόμη και οι κυρίαρχοι των κλάδων ένδυσης και υπόδησης.

Photo credit: Adidas.

Πόσοι χρησιμοποιούν 3D printer;

Η τεχνολογία τους προοδεύει και εξελίσσεται διαρκώς την τελευταία δεκαετία, αλλά τα μοντέλα που απευθύνονται στους τελικούς καταναλωτές κυκλοφορούν εδώ και 6-7 χρόνια. Η πτώση των τιμών τους και η εντυπωσιακή βελτίωση των δυνατοτήτων τους, τους καθιστούς ολοένα και πιο προσιτούς, αλλά ακόμη δεν έχει σημειωθεί η έκρηξη που πολλοί φαντάζονταν. Εκτιμάται ότι σήμερα υπάρχουν περίπου μισό εκατομμύριο εκτυπωτές 3D σε όλο τον πλανήτη, με λιγότερους από 400.000 να είναι πλήρως λειτουργικοί. Οι αναλυτές εκτιμούν ότι ο αριθμός τους θα διπλασιάζεται για τα επόμενα τουλάχιστον πέντε χρόνια.

Το ύψος των στρώσεων υλικού προσδιορίζει την «ανάλυση» της εκτύπωσης – για να το απλοποιήσουμε θα λέγαμε ότι όσο μικρότερο το πάχος της στρώσης τόσο πιο δυσδιάκριτες είναι, άρα και καλύτερο το αποτέλεσμα. Σε υψηλές αναλύσεις 10 στρώσεις υλικού αντιστοιχούν σε λιγότερο από ένα χιλιοστό ύψους. Αυτό βέβαια συνεπάγεται αρτιότερους τεχνικά –άρα και ακριβότερους– εκτυπωτές, αλλά και μεγαλύτερους χρόνους κατασκευής.

Ορισμένα από τα πιο γνωστά και δημοφιλή μοντέλα 3D printers που κυκλοφορούν ήδη στην αγορά:

Photo credit: MakerBot Replicator 2, Foodini, Original Prusa i3 MK2S, Formlabs Form 2, Ultimaker Original 2+, LulzBot TAZ 6