Η τρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing) είναι μια μέθοδος προσθετικής κατασκευής στην οποία κατασκευάζονται αντικείμενα μέσω της διαδοχικής πρόσθεσης επάλληλων στρώσεων υλικού.
Οι απαρχές της τρισδιάστατης εκτύπωσης
Η τρισδιάστατη εκτύπωση πρωτοεφευρέθηκε στα 1982 από τον Chuck Hull. Ο Hull είχε την ιδέα ότι αν μπορούσε να τοποθετήσει χιλιάδες λεπτά στρώματα πλαστικού το ένα πάνω από το άλλο και στη συνέχεια να χαράξει το σχήμα τους, χρησιμοποιώντας το φως, τότε θα ήταν σε θέση να σχηματίσει τρισδιάστατα αντικείμενα. Μετά από ένα χρόνο πειραματιζόμενος με τις ιδέες αυτές, ανέπτυξε ένα σύστημα όπου μια συμπυκνωμένη ακτίνα υπεριώδους φωτός, κινούμενη υπό τον έλεγχο ενός υπολογιστή, χτυπά την επιφάνεια ενός κάδου γεμάτο με υγρό φωτοπολυμερές και όπου χτυπά το υγρό αυτό μετατρέπεται σε ένα τύπο πλαστικού σε σταθερή μορφή. Ο Hull συνειδητοποίησε ότι το εύρημά του δεν περιοριζόταν σε υγρά στοιχεία και ως εκ τούτου η ευρεσιτεχνία του ονομάστηκε στερεολιθογραφία ή 3D εκτύπωση, καθώς κάλυπτε κάθε υλικό ικανό προς στερεοποίηση ή ικανό να μεταβάλει τη φυσική του κατάσταση. Από τότε βέβαια η 3D εκτύπωση διένυσε μακρύ δρόμο….
Πώς δουλεύει ο 3D εκτυπωτής;
Η βασική ιδέα πίσω από την τρισδιάστατη εκτύπωση -μια καθομιλουμένη φράση για μία μέθοδο που ονομάζεται «προσθετική κατασκευή»- συναντάται στους σχηματισμούς πετρωμάτων σε μεγάλα βάθη κάτω από τη γη (οι σταγόνες του νερού εναποθέτουν λεπτές στρώσεις μετάλλων σχηματίζοντας σταλακτίτες και σταλαγμίτες), ενώ ένα πιο σύγχρονο παράδειγμα είναι ένα κοινός επιτραπέζιος εκτυπωτής. Όπως ακριβώς ένας εκτυπωτής ψεκασμού μελάνης προσθέτει μεμονωμένες κουκίδες του μελανιού για να σχηματίσουν μια εικόνα, ένας 3D εκτυπωτής προσθέτει υλικό μόνο όπου χρειάζεται, ακολουθώντας εντολές από ένα ψηφιακό αρχείο.
Η τεχνολογία της προσθετικής κατασκευής εφαρμόζεται σε εκτυπωτές με διάφορα μεγέθη και σχήματα· ανεξάρτητα όμως από το είδος του 3D εκτυπωτή ή από το υλικό που χρησιμοποιείται, η διαδικασία της 3D εκτύπωσης ακολουθεί τα ίδια βασικά βήματα. Ξεκινά με τη δημιουργία ενός 3D σχεδίου από το αντικείμενο που θέλει κανείς να εκτυπώσει, χρησιμοποιώντας ψηφιακό λογισμικό CAD (Computer Aided Design). Το ψηφιακό μοντέλο μπορεί επίσης να προκύψει μέσω της χρήσης κάποιου τρισδιάστατου σαρωτή είτε κατεβάζοντας απλώς κάποιο αρχείο από τη διαδικτυακή αγορά.
Η προετοιμασία του εκτυπωτή περιλαμβάνει καταρχάς το γέμισμά του με τις πρώτες ύλες (όπως πλαστικά, σκόνες μετάλλων). Πρέπει μάλιστα να διαλέξει κανείς το υλικό με το οποίο θα επιτύχει καλύτερα τις συγκεκριμένες ιδιότητες που απαιτούνται για το αντικείμενο που θέλει να παραγάγει. Η ποικιλία των υλικών που χρησιμοποιούνται στους 3D εκτυπωτές είναι πολύ μεγάλη, περικλείει πλαστικά, κεραμικά, ρητίνη, μέταλλα, άμμο, υφάσματα, βιοϋλικά, γυαλί ακόμα και τροφή.
Μόλις φορτωθεί το ψηφιακό μοντέλο στον εκτυπωτή, το μηχάνημα αναλαμβάνει αυτόματα τη δημιουργία του επιθυμητού αντικειμένου. Ενώ οι διεργασίες εκτύπωσης ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο της τεχνολογίας του 3D εκτυπωτή, η εξώθηση υλικού (η οποία περιλαμβάνει έναν αριθμό διαφορετικών τύπων διεργασιών) είναι η πιο κοινή μέθοδος που χρησιμοποιείται στους επιτραπέζιους 3D εκτυπωτές.
Χρήση
Η τεχνολογία των 3D εκτυπωτών βρίσκει επίσης χρήση στους τομείς του κοσμήματος, των υποδημάτων, του βιομηχανικού σχεδιασμού, της αρχιτεκτονικής, της μηχανικής και των κατασκευών (AEC), στην αυτοκινητοβιομηχανία, την αεροδιαστημική, την οδοντιατρική και ιατρική βιομηχανία, την εκπαίδευση, τη χαρτογράφηση πληροφοριακών συστημάτων, σε έργα πολιτικών μηχανικών, και πολλά άλλα.
Επίσης μια ιδιότητα των εκτυπωτών 3D είναι ότι μπορούν να αναπαράγουν τον εαυτό τους αφού μπορούν να εκτυπώσουν τα κομμάτια που τους αποτελούν.
Μια εκπαιδευτική εφαρμογή στη Βιολογία
Στο Εργαστήριο Βιοχημείας και Μοριακής Φυσιολογίας της Άσκησης του Κρατικού Πανεπιστημίου Καλιφόρνιας Fullerton, εφαρμόστηκε πιλοτικά σε φοιτητές μια εργαστηριακή δραστηριότητα για την εκτύπωση τρισδιάστατων (3D) μοντέλων πραγματικών ανθρώπινων μυϊκών κυττάρων (μυϊκών ινών). Οι πρωταρχικοί στόχοι υλοποίησης αυτού του πειράματος ήταν 1) να εκθέσουν τους φοιτητές σε πολλαπλές τεχνολογίες (π.χ. συνεστιακή μικροσκοπία και τρισδιάστατη εκτύπωση), 2) να τους παρέχουν απτά μοντέλα διερεύνησης της οργάνωσης και μορφολογίας των μυϊκών κυττάρων και των πυρήνων τους, και 3) να τους παρακινήσουν να μάθουν περισσότερα για τον αόρατο μοριακό κόσμο.
Οικιακός τρισδιάστατος εκτυπωτής
Έχουν υπάρξει πολλές προσπάθειες για την ανάπτυξη ενός 3D εκτυπωτή κατάλληλου για οικιακή χρήση, έτσι ώστε να γίνει αυτή η τεχνολογία διαθέσιμη και προσιτή σε ευρύτερο κοινό. Μεγάλο μέρος αυτής της προσπάθειας στοχεύει σε DIY (DoItYourself = κάνε το μόνος σου) - ενθουσιώδεις κοινότητες που σχετίζονται στενά τόσο με την ακαδημαϊκή κοινότητα όσο και με χάκερς. Η 3D εκτύπωση δίνει στον καθένα τη δύναμη να κατασκευάσει αντικείμενα μόνο όταν προκύπτει πραγματική ανάγκη ή επιθυμία και με αυτόν τον τρόπο εμπλέκει πολλούς ανθρώπους στην παραγωγή και ακόμα και στην πώληση των δημιουργιών τους, αποφεύγοντας την παραδοσιακή προσέγγιση και τα δίκτυα διανομής. Οι 3D εκτυπωτές μεταστρέφουν τους καταναλωτές σε δημιουργούς ή κατασκευαστές των πραγμάτων. Η κίνηση αυτή, που συχνά αποκαλείται To Κίνημα των Δημιουργών (The Maker Movemenent), συμβάλλει στην ώθηση της καινοτομίας και στη δημιουργία ενός εντελώς νέου τρόπου της επιχειρηματικής δραστηριότητας. Τα προϊόντα πλέον δεν είναι απαραίτητο να προκύπτουν μέσω της μαζικής παραγωγής, αλλά μπορεί να παράγονται σε μικρές παρτίδες, να τυπώνονται επί τόπου ή να προσαρμόζονται πρώτα στις μοναδικές ανάγκες ενός ατόμου.
Oικονομικές, κοινωνικές και πολιτικές επιπτώσεις
Yπάρχει η άποψη ότι η πτώση του κόστους αλλά και η αύξηση της αποδοτικότητας και της αποτελεσματικότητας των τρισδιάστατων εκτυπωτών θα σημάνει την ευρεία διαθεσιμότητά τους, που με τη σειρά της ανοίγει νέους ορίζοντες για την επέκταση της ομότιμης παραγωγής στον υλικό κόσμο. Καθώς η 3D τεχνολογία εξαπλώνεται, είναι βέβαιο ότι θα εγείρει και ορισμένα σημαντικά νομικά ζητήματα, ειδικά όσον αφορά την ευθύνη της πνευματικής ιδιοκτησίας. «Εάν εκτυπώσετε ένα τιμόνι και το τιμόνι σπάσει, ποιος θα φταίει;» αναρωτιέται ο Hod Lipson, καθηγητής στο πεδίο της μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Columbia της Νέας Υόρκης και συγγραφέας του βιβλίου με τίτλο «Κατασκευασμένος: Ο νέος κόσμος της 3D εκτύπωσης». «Είναι ο σχεδιαστής; είναι ο κατασκευαστής του εξοπλισμού; [ή] είναι ο κατασκευαστής του υλικού; Υπάρχουν πολλοί άνθρωποι στην αλυσίδα. Οι αρμοδιότητες δεν είναι σαφείς.» Η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο αγοράζουμε και χρησιμοποιούμε προϊόντα, αλλά επίσης θα αλλάξει δραματικά τον πραγματικό ρόλο του καταναλωτή και της ευθύνης που θα έχει, καθώς θα συμμετέχει στο νέο αυτό καθεστώς που αφορά την κατασκευαστική οικονομία.