Druk 3D – technologia przyszłości

Druk 3D to technologia, która daje możliwości o jakiej śnili niegdyś twórcy literatury science fiction. I choć z czasem udało się zamienić sen w rzeczywistość, to jeszcze kilka lat temu z trójwymiarowych drukarek korzystali jedynie profesjonaliści. Czasy się jednak zmieniają – drukarki 3D dostępne są dziś na wyciągnięcie ręki i coraz częściej korzystają z nich artyści, modelarze czy graficy, a nawet branża medyczna czy budowlana. Jak to działa?

Technologia druku 3D posiada różnorakie zastosowanie i jest wykorzystywana do produkcji różnego rodzaju przedmiotów, na przykład prototypów części do maszyn i urządzeń w branżach motoryzacyjnych, lotniczych czy przemysłowych, czy też produkcji implantów medycznych oraz przedmiotów codziennego użytku (zabawki, gadżety, figurki, naczynia). I choć dzisiaj drukarki 3D nie są powszechnie wykorzystywane w codziennym życiu, przewiduje się, że w przyszłości z technologii tej korzystać będą wszyscy, w sposób analogiczny do klasycznych drukarek do papieru. Jak działa druk 3D i do czego można go wykorzystać? Wyjaśniamy we współpracy z serwisem DomLab [http://domlab.pl/abc-druku-3d].

Narodziny druku 3D

Choć o technologii druku 3D zaczęto mówić szeroko dopiero od niedawna, to jej początki sięgają jeszcze lat osiemdziesiątych – pierwsza drukarka 3D powstała już w 1986 roku i bazowała na rozwoju technologii stereolitografii, czyli wykorzystania laseru do utwardzania kolejnych warstw polimeru. Odpowiedzialna za jego powstanie była firma 3D Systems, a za ojca trójwymiarowego druku uznaje się założyciela tegoż przedsiębiorstwa, Chucka Hulla (Charles W. Hull). Wynalazca ten prace projektowe nad techniką wytwarzania trójwymiarowych przedmiotów rozpoczął już na początku lat 80., a jego pierwszym przełomowym sukcesem był moment, gdy w domowych warunkach udało mu się wydrukować filiżankę do herbaty. Hullowi przypisuje się również stworzenie – wykorzystywanego zresztą do dziś – formatu cyfrowego zapisu danych stosowanych przez drukarki 3D, czyli formatu STL, który swoją nazwę wziął od angielskiego słowa „stereolithography”, czyli stereolitografia. Hull posiada ponad 60 patentów oraz został w 2014 roku wprowadzony do prestiżowej grupy uznanych na świecie wynalazców – National Inventors Hall of Fame.

Rozwój i popularyzacja technologii związanej z drukowaniem w 3D przyspieszył jednak nieco później, kiedy w USA zaczęły powstawać małe przedsiębiorstwa oferując tańsze i prostsze w obsłudze rozwiązania. Od tego momentu dostęp do drukarek 3D miały nie tylko dla wielkie przedsiębiorstwa przemysłowe, ale też mniejszych firmy oraz zwykli użytkownicy. Łatwiejszy dostęp a także dostrzeżenie możliwości jakie niesie ta technologia spowodowały bezpośrednio nagłą popularyzację druku 3D i dalszy rozwój tej technologii. Rozwiązania te znalazły również wsparcie wśród polityków najwyższej rangi – Barack Obama w czasie swojej prezydentury przekazał kilkadziesiąt milionów dolarów na stworzenie i rozwój National Additive Manufacturing Innovation Institute (NAMII), która od 2012 wspiera działalność firm zajmujących się produkcją komercyjną drukarek 3D oraz rozwojem technologii. Dzięki tym działaniom przyspieszono prace badawcze nad udoskonalaniem urządzeń i metod produkcji.

Czym jest druk 3D?

Wbrew wyobrażeniom niektórych ludzi drukarki 3D nie tworzą przedmiotów „z powietrza”, a ich możliwości nie są nieskończone. Rosnąca oferta urządzeń przeznaczonych do druku trójwymiarowego oraz rozwój związanych z tym technologii zaczyna jednak rewolucjonizować rynek, oferując możliwość druku przedmiotów z materiałów różnego rodzaju: od plastiku i ceramiki po różnego rodzaju metale – liczba możliwości w tym zakresie wciąż rośnie. A jak to działa?

Druk 3D to proces wytworzenia trójwymiarowego obiektu na podstawie danych cyfrowych: najpierw powstaje projekt obiektu (czego dokonuje się w programie graficznym przeznaczonym do zapisu modeli konstrukcyjnych klasy CAD), a potem przygotowany model eksportuje się do standardowego w przypadku druku 3D formatu STL. Samo wytworzenie przedmiotu w drukarce 3D jest możliwe dzięki zastosowaniu procesu tworzenia i nakładania na siebie warstw materiału w określonym kształcie. Po nałożeniu jednej warstwy drukarka nakłada kolejną, i tak aż do uzyskania pożądanego kształtu. Przykładem niech będzie druk plastikowego przedmiotu: strumień rozgrzanego materiału zostaje rozprowadzony na stole roboczym według konkretnego wzoru, po czym gdy zastygnie, nakładana jest następna warstwa.

Proces działania jest więc bardzo prosty: projektujemy pożądany przedmiot w programie graficznym, eksportujemy go do pliku STL i przesyłamy do programu obsługującego drukarkę. Można jednak pominąć pierwszy krok projektowy (do tego wymagana jest jednak znajomość obsługi programów do obróbki grafiki) i wydrukować gotowe do przesłania drukarce 3D modele. Projekty możesz znaleźć chociażby w internecie, gdzie projektanci, graficy i pasjonaci dzielą się gotowymi do druku plikami. Warto przy tym wspomnieć, że format STL jest rozwiązaniem typowo opensource’owym, stąd możliwe jest jego szerokie zastosowanie – jedynym limitem drukowaniu przedmiotów są zdolności techniczne samej drukarki.

Narodziny nowej branży

Niestety technologia druku 3D ma nadal pewne ograniczenia. Niemożliwe jest chociażby, aby drukarki 3D miały w najbliższym czasie zastąpić w fabrykach taśmy montażowe i linie produkcyjne. Wynika to oczywiście z tego, iż niemożliwe jest wydrukowanie zbyt skomplikowanych produktów końcowych, na które składa się wiele materiałów – nie stworzysz więc w drukarce 3D maszynki do golenia czy patelni teflonowej. Mimo to, zastosowanie druku 3D w użytku domowym ma niezwykle duży potencjał, bowiem zaletą tego rozwiązania jest nie masowość, a unikatowość produktu końcowego. Na podstawie tej wyjątkowej cechy, w ciągu ostatnich kilku lat wyodrębnił się zupełnie nowy segment rynkowy, w ramach którego narodziło się wiele przedsiębiorstw oferujących rozmaite usługi oparte na technologii druku 3D.

Możliwość dowolnej personalizacji projektu i dostosowanie końcowego produktu do własnych potrzeb doprowadziło na przykład do narodzin firm drukujących przedmioty na zamówienie, w tym oferujących zamawiającemu możliwość dalszej sprzedaży gotowych wydruków. Działające już na rynku przedsiębiorstwa oferują na przykład zaprojektowanie i wydrukowanie spersonalizowanych przedmiotów codziennego użytku (jak np. kubki, talerze), jakich nie znajdziesz w sklepie, czy nawet produkcję bardziej nietypowych rzeczy, na przykład figurek przedstawiających Ciebie lub kogoś komu pragniesz sprawić prezent. To ostatnie zastosowanie drukarek 3D znalazło zresztą swoje zastosowanie w branży rozrywkowej – gracze MMO zamawiają masowo spersonalizowane figurki przedstawiające prowadzone przez nich w wirtualnym świecie cyfrowe avatary. Na fali rozwoju technologii druku 3D powstało wiele innych, różnorodnych i dochodowych biznesów – możliwości są nieograniczone!

Nieskończone możliwości

Drukarki 3D stały się niezwykle popularne również wśród artystów i projektantów, którzy wykorzystują dostępną technologię do twórczej ekspresji. Zalety płynące z tej technologii odkryło także wielu innych branż – w tym architekci i budowlańcy. Co ciekawe, koncepcje drukowania całych budynków mieszkalnych nie wydają się być aż tak oderwane od rzeczywistości jak wydawało się jeszcze kilka lat temu – specjaliści twierdzą, że w przyszłości możliwe będzie tworzenie za pomocą drukarek 3D całych konstrukcji budowlanych, włącznie z fundamentami i instalacją wodno-kanalizacyjną!

Inną branżą która również mocno skorzystała na rozwoju technologii druku 3D jest branża medyczna. Specjalistyczne drukarki 3D są w stanie tworzyć unikalne obiekty, które wykorzystywane są w przeszczepach czy rekonstrukcjach twarzy. To, co kiedyś wydawało się być niemożliwe, dziś jest w zasięgu ręki.

Kto wie, może za kilkanaście lat dzieci bawić się będą samodzielnie zaprojektowanymi zabawkami? Nie da się ukryć, że za technologią druku 3D stoją wielkie możliwości, a związane z nią ograniczenia znikają bardzo szybko.