Domača » Življenjski slog » Kaj je tehnologija 3D tiskanja - kako deluje, aplikacije in ovira

    Kaj je tehnologija 3D tiskanja - kako deluje, aplikacije in ovira

    Ti revolucionarni tiskalniki so vse bolj vidni v našem vsakdanjem življenju:

    • Puške. Leta 2013 je samooklicani "kripto-anarhist" Cody Wilson zasnoval, ustvaril in natisnil plastično pištolo s tehnologijo 3D tiskanja. Cody je ustrelil strel in po internetu razdelil datoteke CAD za pištolo. Preden je ameriška vlada zaprla spletno mesto, je bilo več kot 100.000 prenosov. Maja 2014 je bil na Japonskem aretiran Yoshitomo Imura, ki je imel pet 3D natisnjenih pušk.
    • Kozmetika. Na razstavi TechCrunch Disrup v New Yorku maja 2014 je diplomantka Harvard MBA Grace Choi demonstrirala Mink, 3D-tiskalnik, ki stane manj kot 200 dolarjev, ki združuje črnilo, odobreno s strani FDA, in različne podlage za ustvarjanje kakršnih koli ličil, od pudrov oz. do smetane, šminke. Kot pravi Choi, "velika podjetja za ličenje odvzamejo pigment in podlage in jih pomešajo in nato zvišajo ceno. Naredimo isto in vam omogočimo, da se ličila naberete v svoji hiši. "
    • Deli telesa. Glede na poročilo iz leta 2013 revije TIME, 3D-tiskalniki že izklesajo dele telesa, kot so ušesa in nos iz telesnih celic. V zgodnji fazi je tehnologija obetavna za kozmetične in plastične operacije.
    • Hrana. Massachusetts Institute of Technology je razvil 3D tiskalnik za hrano, imenovan „Cornucopia“, Francoski kulinarični inštitut pa je za pripravo hrane uporabljal Cornell-ov razvit FabatHome. Morda vesoljski replikatorji hrane, prikazani v "Zvezdnih poteh", v prihodnosti niso tako daleč, kot bi si morda mislili.
    • Forenzika in arheologija. V televizijski oddaji CSI: New York se 3D-tiskanje uporablja za kopiranje metka v telo, da se prepreči operacija. Arheologi lahko preskušajo krhke artefakte za preučevanje, ne da bi poškodovali originalne neprecenljive predmete. Na primer, obiskovalci razstave Discovery Time Square King Tut so si lahko ogledali skoraj identično 3D tiskano repliko mumije podjetja Materialize.

    Michelangelo je nekoč razložil, da ima vsak blok kamna kip v njem, naloge skulpture pa je, da ga odkrije. Ko umetnik razume tridimenzionalno sliko, ki jo išče, je njegova naloga skrbno odrezanje tujega materiala, da razkrije skrito strukturo. Če bi Michelangelo znal uporabiti 3D tiskalnik, bi bil njegov ustvarjalni postopek ravno obratno: začeti z ničimer in postopoma ustvarjati svojo miselno podobo z dodajanjem snovi, dokler oblika, ki jo je iskal, ni popolna.

    Kako deluje 3D tiskanje

    Izraz "3D-tiskanje" je napačno ime, saj je malo podobnosti z dvodimenzionalnim tiskanjem, s katerim se črnilo nanese na papir. Vendar je postopek podoben tiskanju, saj je rezultat nabiranje različnih plasti materialov, ki so zaporedno položeni v različne oblike, da bi ustvarili trden tridimenzionalni predmet. Natančnejši opis bi bil "aditivna izdelava", drugačen način ustvarjanja od tradicionalne proizvodnje, ki temelji na odstranitvi trdnega materiala iz večje neoblikovane mase.

    Postopek se začne z računalniško podprto zasnovo (CAD) ali 3D skenerjem za prevajanje modela v digitalne tridimenzionalne meritve. Z uporabo izbranega materiala (tekočine, prahu, papirja ali pločevine) se s segrevanjem, strjevanjem, centriranjem, laminiranjem ali polimerizacijo fotografij naredi več tankih slojev, da se ustvari en sam poenoten predmet.

    Tehnologija 3D tiskanja se je razvijala v zadnjem tretjem stoletju; Poročilo o Patent Insight Pro 2014 je naštelo približno 2.635 patentov, povezanih s tehnologijo 3D-tiskanja, ki so bili izdani od zgodnjih sedemdesetih let prejšnjega stoletja. Medtem ko je vsak patent lahko poseben glede svojih zahtevkov in utemeljitve za izdajo patenta, jih je mogoče na splošno razvrstiti na podlagi naslednjega:

    • Identificiran tehnološki proces. Trenutno se v 3D tiskanju uporablja 33 različnih postopkov, od modeliranja z zlitjem (FDM) - postopek segrevanja termoplastičnih materialov do poltekočega stanja, nato pa ga iztisnemo plast po plastjo po računalniško vodeni poti - do stereolitografije, postopek, pri katerem ultravijolični laser strdi plast tekočega fotopolimera, ko ga dvigne ali spusti s ploščadjo, potopljeno v rezervoar s tekočim polimerom, podobno nanašanju premaza po barvi, dokler več plasti ne povzroči končnega dela.
    • Materiali, navedeni v patentu. Do zdaj izdani patenti zajemajo 45 različnih materialov, vključno s keramiko, glino, paladijem, papirjem, gumo, srebrom, titanom in voskom.
    • Uporaba ali uporaba. Nazadnje je bilo najmanj 22 komercialnih aplikacij 3D-tiskanja, vključno z gradbeništvo, obrambo in živilsko industrijo.

    Stanje industrije 3D-tiskanja

    Številni opazovalci industrije trdijo, da je bilo do danes pomanjkanje vstopa na množične trge zaradi obsežnih patentov različnih podjetij in verjetnosti tožb na področju intelektualne lastnine. Preprosto rečeno, podjetja niso porabila sredstev za izkoriščanje tehnologije, ker se bojijo, da bi jih tožili.

    Ta ovira za konkurenco je nove udeležence izvzela iz trga in cene visoke; pravzaprav previsoka, da bi podpirala aplikacije množičnega trga. Ker je veliko patentov, ki zajemajo osnovno tehnologijo, potekel leta 2013 in še več, ki se iztečejo v letih 2014 in 2015, bo verjetno prišlo do eksplozije novih izdelkov in znižanja cen opreme, podobnega znižanju druge elektronske strojne opreme, kot so televizorji, računalniki in mobilnih telefonov. Nižje cene bodo prvič omogočile široko dostop do potrošnikov.

    Kot je povedal Pete Basiliere, vodilni analitik Gartner za 3D tiskanje, se bo prepričljiva potrošniška aplikacija - nekaj, kar lahko doma ustvari samo 3D-tiskalnik - pojavila do leta 2016 in bo imela podoben vpliv na 3D tiskalnike kot preglednica za računalnik oz. dodajanje fotoaparata na mobilni telefon. Poročilo Gridlogics Technologies predvideva, da bo tehnologija postala množični trg, saj bo potrošnikom omogočila zamenjavo ali ustvarjanje običajnih gospodinjskih predmetov, ki so zdaj proizvedeni s tradicionalnimi proizvodnimi metodami, ter s tem povezane stroške trženja, logistike in vzdrževanja zalog. Charles W. Hull, ustvarjalec prvega 3D tiskalnika sredi osemdesetih let in soustanovitelj in glavni tehnološki direktor podjetja 3D Systems, napoveduje, da bo industrija do konca tega desetletja 4,5 milijarde dolarjev.

    Uporaba 3D tiskanja

    Prihodnje uporabe 3D-tiskanja še odkrivamo. Spodaj je le nekaj trenutnih aplikacij, ki so trenutno v teku in bodo verjetno najprej v splošni uporabi.

    1. Medicinski
    Kot poroča CNN, 3D-tiskalniki raziskovalci že uporabljajo za tiskanje drobnih trakov organskih tkiv (bio-tisk), pa tudi obraznih prilog (ušesa in nosu). Natisnjeni organi, kot so ledvica ali jetra - naslednja stopnja v razvoju tehnologije - bi se lahko v začetku uporabljali za testiranje zdravil in cepiv in na koncu ustvarili prepotrebne organe za presaditve.

    Basiliere trdi, "3D naprave za biotiskanje s sposobnostjo tiskanja človeških organov in tkiv bodo napredovale veliko hitreje kot splošno razumevanje in sprejemanje posledic te tehnologije." Mike Titsch, odgovorni urednik 3D Printer World, odgovarja: "Številni veliki medicinski preboji so doživeli moralno odpornost, od presaditve organov do matičnih celic. Si ga bodo lahko privoščili le bogati? Se igramo Boga? Na koncu reševanje življenj ponavadi preseže vse ugovore. "

    2. Umetne okončine
    Študenti univerze v Washingtonu so razvili protetično roko za 13-letno dekle, ki je v nesreči s čolnom izgubilo ud. Čeprav niso bili tako napredni kot druga protetika, so stroški 200 dolarjev za materiale znatno nižji od stroškov 6000 podobnih naprav, kar je dejavnik, ki preprečuje široko uporabo v številnih podjetjih.

    Kylie Wicker iz Rocklanda v Illinoisu, rojena brez prstov na levi roki, je prejela operacijski komplet plastičnih 3D-natisnjenih prstov za stroške 5 dolarjev in jih oblikoval srednješolski inženirski razred. Kanadski profesor si prizadeva za postopek 3D-tiskanja, da bi naredil protetične okončine, ki jih bodo v Ugando poslali žrtvam svojih trajnih državljanskih vojn.

    3. Moda
    Moda je s 3D-tiskanjem uporabila za ustvarjanje vizualno čudovitih oblek in dodatkov, predstavljenih na vzletno-pristajalnih stezah newyorškega tedna mode 2013, ter edinstveno "dimno" obleko, ki je bila predstavljena na mednarodnem avtomobilskem salonu v Frankfurtu 2013. Dimna obleka samodejno ustvari tančico dima vsakič, ko nekdo stopi v osebni prostor uporabnika.

    Lady Gaga je na ArtRave leta 2013 nosila prvo letečo obleko na svetu, Volantis, še eno 3D natisnjeno obleko. Continuum ponuja prvi na svetu popolnoma 3D-natisnjen bikini, N12, imenovan po materialu, iz katerega je izdelan: Nylon 12.

    4. Prototipi in testni modeli
    Oxfam International, mednarodna konfederacija 17 organizacij, ki si prizadevajo najti praktične, inovativne načine, kako se ljudje rešiti iz revščine, se je skupaj z MyMiniFactory.com razvila inovativne zasnove za reševanje problemov higiene vode v državah tretjega sveta. Oblike je mogoče hitro natisniti, preizkusiti in spremeniti, preden jih začnemo množično uporabljati. Medtem ko sponzorji še vedno ostajajo zgodnji, sponzorji verjamejo, da se bo hitro testiranje novih naprav in kasnejše modifikacije s 3D-tiskanjem izkazalo za uspešno pri takšnih humanitarnih projektih, kot so naprave za sanitarno roko za sedanjih 2,4 milijona sirskih beguncev, ki živijo v prenatrpanih, nesanitarnih razmerah.

    Italijanski izumitelj Enrico Dini je razvil 3D tiskalnik, znan kot D-Shape, ki veže delce peska skupaj, da ustvari sedimentni kamen. Tiskalnik naj bi gradnjo stavbe omogočil štirikrat hitreje kot običajna sredstva za polovico stroškov. Urbee, hibridni avtomobil, ki ga je zasnoval Kor Ecologic, je dvosedež, ki doseže do 200 milj za galon, z ocenjenimi stroški okoli 20.000 dolarjev, v celoti pa ga izdeluje 3D-tiskanje.

    5. Osebna uporaba
    Ljudje bodo lahko natisnili nakit po meri, gospodinjske pripomočke, igrače in orodje poljubne velikosti, oblike ali barve, pa tudi nadomestne dele lahko natisnili doma, namesto da bi jih naročili in čakali, da jih dostavijo . Po podatkih raziskovalnega podjetja Strategy Analytics bi se domači 3D tisk do leta 2030 lahko razvil v 70 milijard dolarjev letno.

    3D tiskalniki za hrano lahko celo končno rešijo težavo, da bodo otroci pojedli zelenjavo, saj jih bodo starši lahko oblikovali v vse vrste. Mogoče bi bil prepričan malček prepričan, da jedo brstični ohrovt, če bi ga pripravili v obliki dinozavra.

    Ovire pri 3D-tiskanju

    Čeprav je obljuba 3D-tiskalnikov velika, vendar je treba premagati še toliko pomembnih ovir, preden doseže pričakovanja zagovornikov industrije..

    1. Pomanjkanje preprostih, poceni potrošniških tiskalnikov
    3D-tiskalniki, ki prodajajo za manj kot 1000 dolarjev, imajo omejene zmogljivosti, lahko je težko upravljati, je nezanesljiv in lahko zahteva uporabo ročnega sestavljanja. Čeprav bodo te pomanjkljivosti sčasoma odpravljene, lahko traja veliko poskusov in napak, preden bo na voljo cenovno uporabniški model.

    Članek iz leta 2013 o strategiji + podjetja ugotavlja, da "bo ne glede na to, kako poceni 3D tiskalnik, proizvodni obrat še naprej ponujal obsežne ekonomike na surovinah za tiskanje umetnine." V članku je tudi vprašanje, ali bo potrošnik doma s 3D-tiskalnikom naredil plastično vilico ali šah, če ga bo lahko kupil pri lokalnem Walmartu.

    2. Pomanjkanje primernih materialov za tisk
    Tiskalniki, ki so trenutno na voljo po potrošniških cenah (2.500 dolarjev in manj), se opirajo na tehnologijo modeliranja zlitin in plastiko PLA in ABS. Ta material ni trden in je v uporabnosti omejen. Strokovnjaki verjamejo, da bo morala naslednja generacija uporabljati ogljikove kompozite in kovine, če bodo koristili povprečnemu potrošniku.

    Članek iz leta 2014 v britanskem časopisu The Telegraph se zavzema za zagovornike nove tehnologije, ki razglašajo tako svetle prihodnosti, pri čemer ugotavljajo, da tudi uspešni domači 3D tiskalniki "ustvarijo modele, ki so videti, kot da so jih nekaj ur pustili na radiatorju." Pisatelj še naprej ugotavlja, da čeprav je vse zelo dobro naložiti orožne dele na internet, vendar brez sredstev za obdelavo kovin (3D-tiskalniki zmogljivosti še nimajo), "je večja verjetnost, da se boste slekli za roko kot izstreli kroglo. "

    3. Potreba po znanju CAD Design
    Medtem ko so datoteke, ki jih lahko naložite za različne predmete, na voljo na spletnih mestih, kot sta Thingiverse in Shapeways, so običajno tehnične in morda niso združljive z vsakim 3D-tiskalnikom. Zaradi tržne napetosti, ki obdaja tiskalnike, so lahko prikazani kot lažje upravljati kot izkušnje dejanskih uporabnikov.

    Tom Meeks, sodelavec bloga Uporabniki 3D-tiskalnikov, ugotavlja vzporednost med 3D-tiskalniki in sistemom za kavo Keurig ter pomembnost oblikovanja potrošnikov in enostavnosti uporabe, pri čemer je poudaril, da je Keurig potreboval 16 let, da je danes sprejel tržni sprejem. In treba je priznati, da je veliko več pitnikov kave kot potencialnih uporabnikov 3D-tiskalnikov. Tržni strokovnjaki menijo, da morajo biti tiskalniki enostavni za upravljanje kot običajni laserski ali pik matrični tiskalniki, če želijo najti široko sprejemljivost.

    4. Počasi, umazano in potencialno nevarno
    Čeprav so popolni za enkratne ali zapletene drage predmete, so tiskalniki prepočasni za množično proizvodnjo. Uporabljeni materiali in njihove emisije med uporabo, zlasti praški, so lahko zmedeni in potencialno strupeni. Nazadnje trenutni 3D tiskalniki, ki uporabljajo PLA plastiko, delujejo pri zelo visokih temperaturah (od 220 do 230 stopinj). Medtem ko te težave niso nepremostljive, bodo za premagovanje potrebovali čas in naložbe.

    Končna beseda

    Ali bodo 3D-tiskalniki vplivali na televizijo, računalnik ali mobilni telefon, kot pričakujejo njegovi zagovorniki, ni znano. Z razvojem tehnologije so možnosti in koristi neskončne. Gotovo je tehnologija, ki bi bil pronicen potrošnik seznanjen in pripravljen na uporabo, ko zori in postane potrošniški izdelek.

    Kaj misliš? Vas zanima, ali imate 3D tiskalnik?