Ta technologia może zmienić twoje życie. Wszystko, co musisz wiedzieć o druku 3D

Technologia druku 3D, nazywana pełniej drukiem przestrzennym, nie jest wbrew pozorom sprawą nową. Jej korzenie sięgają lat 80-tych. Wówczas wynaleziono kilka jej różnych wariantów, głównie na amerykańskich uniwersytetach. Technologia stała się jednak bardzo popularna dopiero w ostatnich latach, głównie z powodu wygaśnięcia szeregu patentów, które obowiązywały przez 20 lat. Wraz z upowszechnianiem się drukarek 3D pojawiły się głosy, że zrewolucjonizują one przemysł i nieodwracalnie zmienią nasze życie, bowiem każdy będzie miał własną mini-fabrykę w domu. Stworzymy na niej proste części zamienne, zabawki dla dzieci czy ozdoby dla siebie i domu. Jednocześnie jej obsługa ma nie wymagać zaawansowanej wiedzy technicznej. Nie wszyscy są jednak przekonani co do nieuchronności takiej rewolucji.

Jak będzie wyglądać nasza potencjalna prywatna fabryka w domu? Niemal na pewno będzie to drukarka oparta o najbardziej rozpowszechnioną i relatywnie prostą technologię FDM (ang. Fused deposition modeling). W dużym uproszczeniu jest to urządzenie, które za pomocą precyzyjnych ruchów specjalnej dyszy i zsynchronizowanej z nią podstawki, jest w stanie „rysować” kolejne warstwy przedmiotu przy pomocy cienkiej żyłki roztopionego plastiku.

Urządzenie nakłada na siebie setki warstw, z których każda ma mniej niż milimetr grubości. Stworzenie tą metodą przedmiotu może zająć od mniej niż godziny w przypadku najprostszych, do nawet kilkunastu godzin przy tych złożonych i "drukowanych" z maksymalną dokładnością. Informacje na temat tego jak mają wyglądać kolejne warstwy drukarka otrzymuje z podłączonego lub wbudowanego komputera. Trzeba tylko na nim zainstalować specjalne oprogramowanie i wgrać projekt przedmiotu do wydrukowania.

- Jest to w zasadzie prosta i bardzo tania technologia – podkreśla Bartosz Cieluch, właściciel firmy CB-Printer. Szpula plastiku, który jest „paliwem” drukarki to wydatek zaledwie rzędu kilkudziesięciu - stu złotych za kilogram, i starcza nawet na miesiąc regularnego korzystania. Same urządzenia nie są już tak tanie. Te najprostsze to wydatek rzędu czterech tysięcy złotych, natomiast te profesjonalne, które są zdecydowanie bardziej dokładne, to już nawet kilkanaście tysięcy.

Drukarki FDM nie są ograniczone do tworzenia przedmiotów z plastiku. W zamian można stosować przeróżne materiały. Na przykład może to być substancja przypominająca gumę, porcelana, silikon, metale, tworzywo sztuczne zmieszane z drewnem, substancje jadalne, takie jak czekolada. Prowadzone są nawet próby z ludzkimi komórkami, przy pomocy których być może będzie można tworzyć... narządy.

Przedmioty, które chcemy wydrukować, trzeba najpierw zaprojektować. Najprostszym sposobem jest ściągnięcie gotowych projektów z sieci, gdzie na specjalnych stronach są tysiące darmowych. Powstają też serwisy oferujące bardziej złożone i lepiej dopracowane za drobną opłatą. Można też projektować samemu przy pomocy różnych programów. Te bardziej zaawansowane trzeba kupić, a te prostsze można znaleźć za darmo w sieci.

Istnieją również inne techniki druku 3D, ale jest mało prawdopodobne, że ktokolwiek będzie je stosował w najbliższych latach w prywatnych domach na masową skalę. W tym wypadku barierą jest cena urządzeń i używanych w nich materiałów. Podobnie jak technika FDM są one znane już od dekad. Chodzi tu o tak zwaną technikę „proszkową”, oraz technikę wykorzystującą żywice fotoutwardzalne. Jeśli chodzi o tą pierwszą, to ma ona szereg podtypów, w zależności od wykorzystywanych w niej substancji i metod działania. Ogólnie mówiąc proces „proszkowego” drukowania 3D polega na tym, że obiekt jest tworzony ze sproszkowanego metalu, plastiku lub ceramiki. Kierowany komputerem laser precyzyjnie spaja wybrane fragmenty proszku, które w ten sposób tworzą stałą strukturę. Podobnie jak w technice FDM, tutaj praca też postępuje warstwowo. Laser wypieka jeden poziom, po czym maszyna nadsypuje na niego kolejną warstwę proszku, w której jest wykonywany kolejny poziom. Drukarki mogą też nadawać kolor tworzonemu obiektowi. Po skończeniu pracy maszyny wystarczy wydobyć wydrukowany przedmiot z pozostałego proszku, ewentualnie oczyścić go i gotowe.

Ostatnią popularną metodą jest drukowanie w żywicach fotoutwardzalnych. Co do ogólnej zasady przypomina ona metodę proszkową, tylko sproszkowana stała substancja zostaje zastąpiona przez ciecz. Laser, lub specjalny rzutnik, rysuje na jej powierzchni jedną warstwę zadanego przedmiotu, która pod wpływem silnego światła twardnieje i zmienia stan skupienia na stały. Następnie „wydrukowany” poziom jest zanurzany głębiej w cieczy, lub wyciągany tuż nad powierzchnię i dokładana jest kolejna warstwa, która przylega do tej pierwszej. Tym sposobem, podobnie jak we wszystkich wcześniejszych technikach, poziom po poziomie powstaje przedmiot.

Każda z trzech przedstawionych głównych technologii ma szereg wad i zalet. Drukarki FDM są stosunkowo tanie i powszechnie dostępne, bowiem wygasły na nie patenty. Są też relatywnie nieskomplikowane. Mogą tworzyć przedmioty z wielu różnych materiałów. W porównaniu do innych drukarek są jednak mało precyzyjne a wytworzone w nich obiekty mają chropowatą powierzchnię, na której widać kolejne warstwy, których grubość nie spada przeważnie poniżej kilku dziesiątych części milimetra. Są też poważne ograniczenia co do kształtu drukowanych obiektów. Bardziej wymyślne konstrukcje wymagają drukowania dodatkowych podpórek, bowiem inaczej pogięłyby się lub zapadły pod własnym ciężarem. Technika proszkowa oferuje bardzo dużą dokładność. Powstałe w takich drukarkach przedmioty mogą mieć drobne detale, gładkie powierzchnie i bardzo jednorodną strukturę materiału. Po dodatkowej obróbce, np. wypiekaniu w piecu w wysokiej temperaturze, mogą z powodzeniem rywalizować z częściami wytwarzanymi w tradycyjnych fabrykach. Nie mają też problemu z brakiem podparcia podczas produkcji, bowiem tworzone przedmioty spoczywają w proszku. Wadą jest na pewno cena. Patenty na tą technologię wygasają dopiero w lutym tego roku i dopiero od tego momentu można się spodziewać jej rozpowszechnienia oraz spadku cen maszyn. Trzecia technologia, korzystająca z żywic fotoutwardzalnych, oferuje jeszcze większą dokładność niż drukowanie proszkowe. Największą ze wszystkich drukarek przestrzennych. I to jest jej główna zaleta. Są natomiast pewne wady, z których jedna jest dość poważna. Jak przestrzega Cieluch, przedmioty powstałe w tej technologii nie są trwałe i po kilku latach mogą zacząć tracić na wytrzymałości. Kolejną istotna wada to cena. Patenty będą chronić tą technologię jeszcze kilka lat i cena większej drukarki tego typu może osiągać setki tysięcy dolarów. Pojawiły się jednak znacznie tańsze urządzenia, w których zastosowano nieco inne rozwiązania pozwalające omijać patenty i ich ceny zaczynają się już od kilku tysięcy dolarów.

Do czego to wszystko może się jednak przydać przeciętnemu człowiekowi? Najzagorzalsi zwolennicy druku 3D wieszczą wielką rewolucję przemysłową, niemal na miarę tej w XIX wieku. Dzięki drukarkom przestrzennym produkcja szeregu przedmiotów ma się przenieść do naszych własnych domów, lub wyspecjalizowanych „printshopów”, podobnych do obecnych punktów ksero. Potrzeba wazonu, ozdoby na choinkę, zabawki? Ściągamy projekt darmowo z sieci, uruchamiamy drukarkę i kilka godzin później gotowe. Na dodatek półdarmo i bez wychodzenia z domu. Kiedy potrzeba czegoś bardziej złożonego i w oryginalnym kolorze wysyłamy zamówienie do printshopu i po kilku godzinach mamy swój przedmiot. Zmienić ma się też przemysł, dzięki drukarkom proszkowym, tworzącym skomplikowane części z metalu. Już teraz wielkie koncerny prowadzą próby z produkowaniem w ten sposób np. części zamiennych. Wielkie nadzieje wiążą z tym siły zbrojne, które byłby bardzo zadowolone z posiadania mini-fabryk w pobliżu linii frontu. Znikałaby potrzeba posiadania skomplikowanej logistyki do zapewniania oddziałom części zamiennych. Istnieją nawet pomysły, aby "drukować" domy przy pomocy bardzo dużych "drukarek" tworzących konstrukcje nakładając warstwa po warstwie beton. - To już nawet nie przyszłość, ale teraźniejszość – przekonuje Kamil Dziadkiewicz z poznańskiej formy Omni3D, która w sklepie jednej z sieci sprzedającej materiały budowlane uruchomiła „pierwszy w Polsce” punkt, gdzie klienci mogą projektować i drukować potrzebne im nietypowe przedmioty. Bartosz Cieluch jest przekonany, że drukarki w technologii FDM zaczną szerzej pojawiać się w naszych domach za około pięciu lat. Podchodzi jednak sceptycznie do wizji wielkiej rewolucji.

- Nie będzie radykalnej zmiany przemysłu. Nie zlikwiduje to ciężkiego transportu i tak dalej – mówi Cieluch. Jego zdaniem nadal będzie istniała potrzeba masowej i precyzyjnej produkcji przy użyciu różnych twardych materiałów, w czym najlepsze i najbardziej ekonomiczne są „tradycyjne” fabryki. Proste drukarki przestrzenne jego zdaniem trafią głównie do małych firm, które będą z nich korzystać do tworzenia prototypów i produkcji na małą skalę. Widzi też wielki potencjał w wykorzystywaniu ich w szkołach zawodowych, gdzie uczniowie mogliby tanio materializować swoje projekty i uczyć się nowoczesnych technologii. Równie duży potencjał leży w zastosowaniach medycznych. Drukarki mogą szybko i relatywnie tanio tworzyć idealnie dostosowane do pacjenta protezy.

Wiele mogłyby też zyskać dzieci. Produkcja różnorodnych i indywidualnych zabawek w domu jest wskazywana jako jedno z najlepszych zastosowań drukarek FDM.

Specjaliści i entuzjaści są jednak zgodni, że to jeszcze kwestia co najmniej pięciu, dziesięciu lat. Zanim technologia druku 3D trafi "pod strzechy", trzeba ją jeszcze istotnie dopracować. Obecnie te najprostsze i najtańsze drukarki są bardzo kapryśne i wymagają ciągłej uwagi. Jak mówi Maciej Słomczyński, entuzjasta druku 3D i posiadacz kilku drukarek FDM, "drukarza można poznać po tym, że ma pełno narzędzi na stole".

Autor: Maciej Kucharczyk/bgr / Źródło: tvn24.pl