3D druka – mīti un patiesība

3D druka – mīti un patiesība

Šķiet, tikai retais nebūs neko dzirdējis par telpisku objektu drukāšanu – trīsdimensiju (3D) printēšanu. Ir pat radusies vesela virkne ar šīm tehnoloģijām saistītu mītu, kuri nereti robežojas ar dezinformāciju.

     Priekšstati par 3D druku izkārtojas visai plašā spektrā, sākot ar viedokli, ka 3D printeris ir entuziastu rotaļlieta bez kāda praktiska lietojuma un augstākais šo tehnoloģiju lidojums ir kafejnīcas un internetveikali, kuros varam pasūtīt izdrukai telefona maciņu vai krūzīti ar telpiski uzdrukātu vārdu vai, ja esam gatavi

Ir daudz vieglāk
pārdot savu produktu,
ja vari klientam parādīt samazinātu
modelīti

ieguldīt vairāk darba un naudas, mūsu pašu vai apdāvināmā cilvēka sejas silueta vāzīti (iedomājieties sejas siluetu – un domās izveidojiet rotācijas ķermeni). Otra viedokļu spektra galējība ir iedomas, ka ar 3D printeri ir iespējams izdrukāt praktiski visu, sākot ar bifšteku pusdienu galdam un mājās (vai – kosmosa apguvēju gadījumā – uz Zemes) atstātu uzgriežņu atslēgu un beidzot ar medicīnas protēzēm, auto detaļām vai pat visu automašīnu. Vienubrīd internetā plaši polemizēja par publiski pieejamu un lejuplādējamu reāli šaut spējīgas pistoles 3D modeli. Lejuplādējam, izdrukājam – un šaujam. Lai gan šāda no polimēra drukāta pistole iztur vien pāris šāvienu, tas pilnīgi noteikti ir iemesls zināmām bažām par ieroču aprites kontroles iespējām jaunajā realitātē. Un – galu galā – savos domu ceļojumos varam pacelties pavisam sirreālās orbītās, kurās 3D printeri drukā 3D printerus, kuri drukā 3D printerus… 

     Kā īsti ir patiesībā? Vislabāk par tehnoloģijas varējumu (un – ne mazāk svarīgi – nevarēšanu) un praktisko lietojumu zina stāstīt mūsu reģionā lielākie un pazīstamākie 3D printeru izstrādātāji un ražotāji SIA Mass Portal, cilvēki, kuri izstrādā un ražo robottehnikas ierīces, kuras ir paredzētas telpisku modeļu drukai. Interesi par 3D druku apmierina uzņēmuma direktors Jānis Grīnhofs un tirdzniecības vadītājs Krišjānis Putriņš. 

     Situācija 3D drukas ierīču un tehnoloģiju izstrādes jomā šobrīd – tirgū ir daži lieli Ziemeļvalstu spēlētāji un ir kontinentālā Eiropa. Tehnoloģijas attīstās ļoti strauji, un lielākoties jaunie 3D drukas tehnoloģiju viļņi rodas Centrāleiropā: Nīderlandē, Beļģijā, Vācijā, Lielbritānijā. Tie ir ne vien galvenie attīstības centri, bet arī lielākie tirgi. 

     3D printeris nav, kā varētu likties, rotaļlieta – to var izmantot industrijā. Tā ir nopietna ierīce nopietniem inženierprototipēšanas mērķiem – jaunu tehnoloģisku risinājumu atrašanai un pirmā prototipa uzbūvēšanai. Tos izmanto tādi lieli uzņēmumi kā Philips, Siemens, Daimler-Benz  u. c. Mazāki uzņēmumi 3D druku izmanto pārdošanas prezentāciju gatavošanā klientiem – ir daudz vieglāk pārdot savu produktu, ja vari klientam parādīt samazinātu modelīti un izstāstīt, ka īstais produkts izskatīsies, lūk, tā un tā.

     Agrāk 3D modeļa izveide aizņēma nesalīdzināmi vairāk laika un bija visai dārgs prieks – produkta virtuālais modelis bija jāpasūta specializētam uzņēmumam, un pēc vairākām nedēļām varēja saņemt jau taustāmu modeli. Nereti tad, kad pasūtītais modelis bija saņemts, kļuva redzams, ka ir nepieciešamas modifikācijas, kam vēlreiz ir vajadzīgs laiks un nauda. 

     3D printeris šādu procesu padara ievērojami īsāku: datorā uzbūvējat izveidoto 3D modeli; apskatāties, vai tas atbilst iecerētajam, un, ja neatbilst, veicat nepieciešamās korekcijas; dodoties mājās, uzliekat būvēties no jauna, un no rīta, kad atnākat uz darbu, tas jau ir gatavs.

Lēnām pār tiltu

     Būvēšanas ātrums ir piemērots prototipēšanai, bet ne ražošanai – nekur pasaulē 3D printerus neizmanto produktu sērijveida ražošanai, jo modeļa izveidei ir nepieciešams krietni vairāk laika, nekā vārda printeris radītā asociācija ar papīra dokumentu drukas ātrumu liktu domāt. Proti, kad uzliekat modeli drukāties, varat – gluži kā ugunī vai tekošā ūdenī raugoties – nodoties nesteidzīgi apcerīgai vērošanai, kā kustīgā drukas galviņa kārtu pa kārtai taustāmā veidā kā kamolu uztin to, kas pirms mirkļa bija grozāms tikai virtuāli.

     Materiāli, no kuriem 3D printeris veido modeli, mēdz būt visdažādākie, un katram materiālam tiek izmantota noteikta tehnoloģija un ierīce. Protams, gan materiāls, gan būvējamā modeļa izmēri ietekmē izdrukas izmaksas. Piemēram, Mercedes-Benz  savu autošovam paredzēto konceptauto detaļu pa detaļai un spārnu pa spārnam izdrukā lielizmēra 3D printerī ar metāla pulvera tehnoloģiju, bet ir jāapzinās, ka ne tuvu katram šāda simtus tūkstošu un pat miljonus izmaksājoša sapņa materializēšana ir pa kabatai un ekonomiski pamatota, jo veselas ražošanas līnijas pielāgošana izmaksā nesalīdzināmi dārgāk un atmaksājas tikai masveida ražošanai paredzētiem auto modeļiem. Bet nav šaubu, ka autobūves gigantiem, gluži tāpat kā mazam arhitektu birojam, 3D druka ir ātrākais un lētākais veids, kā padarīt prototipu taustāmu un aplūkojamu. 

     Lai gan pat dārgākās šābrīža 3D drukas tehnoloģijas neļauj izdrukāt, teiksim, auto ātrumkārbu, kuru varētu iebūvēt sērijveida auto ikdienas lietošanai – tas nebūtu ekonomiski augstā laika patēriņa dēļ un nebūtu pieļaujams arī drošības apsvērumu dēļ –, tā ir ātrākā un lētākā iespēja pārliecināties, vai un kā projektētā ātrumkārba darbojas prototipā.

Tuvāk realitātei

     Protams, pielietojumu profesionālā segmenta metāla pulvera printeriem pie mums diez vai atradīsim, taču nesalīdzināmi pieejamāki un tāpēc ievērojami plašāk lietoti ir kausētā filamenta klāšanas 3D printeri, kuri Mass Portal  gadījumā maksā, sākot ar 2,7 tūkstošiem eiro. Spole ar vienu kilogramu drukas materiāla maksā ap 30 eiro. Ir jārēķinās, ka nav materiāla zudumu, kā arī modeļa iekšpusē parasti nevis tiek klāts masīvs nepieciešamās formas materiāls, bet gan atstāti iedobumi, tāpēc ar vienu kilogramu termopolimēra ir iespējams izdrukāt vairāk, nekā iesākumā varētu likties. Tātad ierīces un to ekspluatācijas izmaksas
ir pietiekami lētas, lai būtu pa kabatai gan mēbeļu ražotājam, gan arhitektu birojam, gan skolai un augstskolai. 3D printeri ražošanā izmanto, piemēram, sveču ražotājs Baltic Candles, kurš ar to drukā sveču modeļus, pēc kuriem tiek izgatavotas ražošanas formas. Viena modeļa izdrukas pašizmaksa ir pāris eiro, nevis 4–6 simti, kā tas būtu laikos, kad 3D modeli nācās pasūtīt Vācijā un līdz tā saņemšanai gaidīt divas nedēļas. 

     Kausētā filamenta tehnoloģijas 3D drukai izmantotie termopolimēri ir fiziskajās īpašībās dažādi – no cietas, tautas valodā runājot, plastmasas līdz elastīgai, šai pašā valodā runājot, gumijai. Tehnoloģijas attīstās strauji: vēl tikai pirms diviem gadiem drukai izmantoja praktiski tikai ABS  un PLA  plastmasu, bet šodien ir pieejami un nepieciešamības gadījumā tiek izmantoti termopolimēri ar metāla piejaukumu – no šāda materiāla drukāts modelis pēc taustes un izskata šķiet kā no metāla veidots. Cits pēdējā laika modes kliedziens ir koka imitācijas druka no termopolimēra ar koka skaidiņu piejaukumu – rezultātā uzbūvētais modelis ne vien pēc skata un taustes, bet pat pēc smaržas šķiet kā no koka veidots. 

     Ir pieejami arī kausētā filamenta tehnoloģijas 3D printeri ar vairākām drukas galviņām jeb ekstrūderiem. Viens no šādu printeru izmantošanas mērķiem ir telpiskā modeļa druka no vairāku krāsu termopolimēra (ir arī cita krāsu drukas iespēja – izmantot speciālu termopolimēru, kas maina krāsu atkarībā no temperatūras, kuru drukas procesa laikā ir iespējams mainīt), bet otrs, no prototipēšanas viedokļa pat interesantāks, ir iespēja modeļa
būves procesā izmantot ūdenī šķīstošu balstmateriālu, kas ļauj izdrukāt īpaši sarežģītas ģeometrijas vai no vairākām detaļām sastāvošus objektus. 

3D drukas mazie brālēni 

     Zināmā mērā par 3D drukas disciplīnu varam uzskatīt arī hologrāfisko druku – ar īpašām tehnoloģijām panāktu iespēju attēlot telpisku objektu plaknē tā, lai rastos redzes iespaids, ka objektam ir visas trīs dimensijas. Sīkāk skatoties, hologrāfiskā druka ir smalks gravējums alumīnija vai tērauda folijā, ar kuru ir pārklāts papīrs. Gaismas izkliede un difrakcija, kura rodas, tai atstarojoties no apstrādātās folijas, tad arī rada perspektīvu un paralaksi, kas liek mums noticēt, ka attēlotajam efektam ir trīs dimensijas. Šādas tehnoloģijas druku izmanto, lai padarītu grūtāk viltojamus vērtspapīrus, kredītkartes, identifikācijas dokumentus u. tml., jo hologrammu nav iespējams nokopēt vai ieskenēt. Nelielu laukumu hologrāfija neizmaksā dārgi, un tās sniegtā papildu drošība atsver ieguldīto, savukārt lielizmēra hologramma izmaksā lielu naudu, tāpēc tai ir ļoti šaurs izmantojuma loks. Hologrammu uzskata arī par perspektīvu lielizmēra datu nesēju, taču plašu lietojumu šī tehnholoģija šobrīd vēl nav piedzīvojusi. 

     Krietni vienkāršāka un lētāka par hologrāfiju ir lentikulārā druka – atcerieties no bērnības kredītkartes izmēra kalendārīšus ar multfilmu varoņiem un skatu kartītes ar objekta dziļuma efektu. Lentikulārās drukas gadījumā dziļuma ilūziju rada slānis (iepriekšminētajos piemēros –plastikāta) lentikulāro lēcu. Šādu tehnoloģiju izmanto 3D displejos, un pēdējā laikā tā nereti ir redzēta reklāmdrukā, jo ļauj attēlot objektu kustībā: ejot gar šādi drukātu plakātu, ir redzams, ka skaistule – pareizā šampūna lietotāja – piemiedz ar aci vai arī glāze piepildās ar spirdzinošu sulu. Bet, tā kā šā raksta mērķis vairāk bija aplūkot reālu 3D objektu iegūšanu, nevis to simulāciju plaknē, atgriezīsimies pie 3D modeļu printēšanas. 

Medicīnā esam pirmie

     3D drukas izmantojums medicīnā šobrīd ir nedaudz futuroloģisks, taču pirmie mēģinājumi jau ir bijuši – Mass Portal klients Turcijā BT Innovation  (par šo gadījumu ir rakstījuši tādi starptautiskie ziņu kanāli kā Reuters  un BBC ) izdrukāja protēzes prototipu motorlaivas traumētam bruņurupucim. Telpiski tika 

Tas ir pirmais 3D
drukas lietojums
medicīnā, un
mums ir pamats
lepoties, ka
tajā tika izmantota
Latvijā ražota ierīce

noskenēta cietušā dzīvnieka galva, uzbūvēts protēzes 3D modelis no plastmasas, un, kad speciālisti pārliecinājās, ka tas mehāniski pareizi darbojas, tas tika izveidots jau no medicīnā izmantojama titāna (medical grade titanium)  un implantēts dzīvnieka galvā. Tas ir pirmais 3D drukas lietojums medicīnā, un mums ir pamats lepoties, ka tajā tika izmantota Latvijā ražota ierīce. 

     Nākotnē raugoties, ir pilnīgi skaidrs, ka 3D drukas lietojums protezēšanā ies plašumā: iesākumā, līdzīgi kā gadījumā ar bruņurupuci, – lai lēti un ātri uzbūvētu protēzes 3D modeli, kuru ir iespējams piemērīt, pārliecinoties par tā atbilstību konkrētajam pacientam, teiksim, zobu protezēšanā, un tālāk, attīstoties un palētinoties metāla pulvera un metālkeramikas u. c. medicīnā izmantojamu materiālu 3D drukas tehnoloģijām, – arī mākslīgo locītavu un varbūt pat sirds un asinsvadu izdrukai. Viena no šāda scenārija priekšrocībām – izveidojot no šķīstoša materiāla drukātas balststruktūras, ir iespējams vienā gabalā izdrukāt protēzes, kuras, ražojot ar tradicionālajām metodēm, neizbēgami sastāvētu no vairākām daļām, tādējādi radot papildu riskus gan pašā implantēšanas operācijas gaitā, gan ekspluatācijā.

Vai tas ir grūti?

     Viens no pirmajiem jautājumiem uzreiz pēc ierīču un materiālu izmaksu noskaidrošanas, protams, ir jautājums, cik grūti vai viegli ir apgūt ierīces praktisko izmantošanu. Pieredze rāda, ka iemaņu iegūšanai ir nepieciešamas pāris nedēļas (ražotājs nodrošina arī klienta darbinieku apmācību). Printeris saprot populārākajās 3D datorprogrammās ArchCAD, AutoCAD, Google SketchUp  u. c. veidotus telpiskus modeļus, un sarežģītākais, kas ir jāapgūst, ir drukas ātruma, temperatūras u. c. iestatījumu regulēšana atbilstoši izvēlētajam modelim un drukas materiālam. 

     Pasaulē pieaug tendence ar 3D printeriem aprīkot arī mācību iestādes, piemēram, Ķīnā ir pieņemts lēmums jau ar šo mācību gadu izvietot vismaz vienu 3D printeri katrā pamatskolā. Mērķis – lai skolēns spētu datorā izveidot 3D modeli un to ar 3D printeri uzbūvēt. Efektivitāte mācību procesā? Ja bērns datorā izveido kļūdainu modeli, tad, to izdrukājot, viņš pats savām acīm redz un rokām var aptaustīt pieļauto kļūdu, saprast to un spēt izlabot. Tādējādi, skolu beidzot, augstskolas un darba tirgus saņems jaunos cilvēkus, kuri būs spējīgi patstāvīgi strādāt ar telpiskiem objektiem un šīs iemaņas spēs lietot praksē. Viņi mācēs modelēt, viņiem būs izpratne par robotiku un programprogrammēšanu, procesā ir iesaistīta arī fizika, ķīmija un matemātika. Arī pie mums Aizkrauklē, Liepājā, Preiļos, Rīgā, Valmierā, Ventspilī un citviet ir mācību iestādes, kuras 3D drukāšanu jau iekļauj savās mācību programmās, piemēram, uzdevums pēc skolotāja dota apraksta un formulām izrēķināt un uzbūvēt kādu ģeometrisku objektu projektu nedēļas ietvaros, respektīvi, matemātika no kaut kā abstrakta pārvēršas taustāmā lietā.

3D druka nav nākotne – tā ir tagadne

     Kā jau ar jaunajām tehnoloģijām mēdz būt, ir izveidojušās arī savas 3D drukātāju komūnas – tie ir entuziasti meikeri, kuri, teiksim, visu mājās nepieciešamo – mēbeļu rokturīšus, dakšas, karotītes utt. – drukā ar 3D printeri. Tomēr, līdzīgi kā tas notika ar personālajiem datoriem 70. gadu beigās, 3D druka no pāris megakorporāciju un šaura entuziastu (kurus sabiedrības vairums uzskata par dīvaiņiem) loka lietas jau ir kļuvusi par parastajam lietotājam un mazam vai vidējam uzņēmējam pieejamu tehnoloģiju, kura ļauj ievērojami paātrināt ražošanas procesu un samazināt izmaksas. 

     Ja velkam analoģijas ar fotogrāfiju – līdzīgi kā digitālā fotogrāfija, samazinot viena attēla iegūšanas izmaksas praktiski līdz nullei, dod vairāk vietas mākslinieciskam eksperimentam un daudzveidībai, arī 3D druka ļauj lēti un ātri prototipēt jaunos produktus, vienlaikus dodot iespēju pamanīt un novērst virkni iespējamo pieļauto modelēšanas kļūdu vai, teiksim, arhitektūrā vai mēbeļu ražošanā sarunās ar klientu radušos cilvēcisko pārpratumu, pirms vēl nepilnība vai pārpratums ir iemiesojies gatavā produktā ar visām no tā izrietošajām bēdīgajām konsekvencēm.

Saistītie raksti


Kontakti

Saziņai:
23300113
Adrese:
Slokas iela 31-11, Rīga, LV-1048
Ikmēneša labāko ziņu apkopojums e-pastā:
Seko!