Po 3D-tiskanju prihaja še 4D-tiskanje

3D-tiskalniki že dolgo niso več le igračke ali orodja za makete in prototipiranje.

Zadnja leta področje 3D-tiskanja beleži znatno rast, in to kljub dejstvu, da je večina gospodarskih panog v krču zaradi posledic pandemije. Tehnologija 3D-tiskanja pa uspeva predvsem zaradi svoje prilagodljivosti, ki ji zagotavlja odpornost na izzive poslovnega sveta, kakršni so manko in podražitve materialov ter izzivi v dobavnih verigah. 3D-tiskanje bo očitno še dolgo z nami, saj je komaj dobro »vzelo zalet«. Zakaj tako menimo? Predvsem zato, ker se te tehnologije vsako leto prepričljiveje dokazujejo v praksi.

Rešitve za velike projekte

Če bi na 3D-tiskanje gledali z očali laika, bi lahko dejali, da gre za nišne rešitve, namenjene navdušencem, ki le redko najdejo pot v poslovna okolja, a bi se motili. Že res, da 3D-tiskalnike vedno več proizvodnih in razvojno naravnanih okolij uporablja za načrtovanje in prototipiranje izdelkov, vedno več je tudi primerov, ko so 3D-tiskalniki uporabljeni za nišno ali maloserijsko proizvodnjo. Lani smo bili tako priče številnim natisnjenim izdelkom, ki so bistveno večji od »modelčkov«, ki jih navadno dobimo v dlani.

V Avstraliji je podjetje AML3D uporabilo svežo tehniko, ki temelji na neposrednem odlaganju energije (angl. direct energy deposition – DED), za 3D-tiskanje okovja, ki se uporablja za vodenje privezne vrvi na ladji. Torej elementa, ki mora zdržati visoke obremenitve. Ko smo že pri obremenitvah: nizozemsko robotsko podjetje MX3D 3D je v Amsterdamu 3D-natisnilo 12 metrov dolg most iz nerjavečega jekla! Ta za mnoge nepredstavljiva naloga je bila dosežena z uporabo tehnik aditivne proizvodnje oziroma tiskanja žičnih oblokov. Za končni rezultat so zaslužne tako tehnologije 3D-tiskanja kot šestosne robotske roke, ki so materiale spravile na prava mesta. Uporaba tehnologije 3D-tiskanja za gradnjo mostu je naredila končni izdelek bistveno lažji v primerjavi z mostovi, zgrajenimi s tradicionalnimi metodami. A zaradi tega njegove druge lastnosti, predvsem nosilnost, nič ne trpijo in ga prebivalci mesta lahko uporabljajo kot vse druge mostove.

3D-natisnjeni jekleni most v Amsterdamu je tudi svojevrstna umetnina.

Po napovedih proizvajalcev 3D-tiskalnikov je očitno, da se bo trend izdelave vse večjih in zmogljivejših 3D-tiskalnikov nadaljeval. Povpraševanje namreč presega ponudbo, pa naj gre za 3D-tiskanje z uporabo kovine, plastike ali fotopolimerne smole. Zdi se, da ima 3D-tiskanje kovin še največji potencial – predvsem v gradbeništvu, letalstvu in avtomobilski industriji.

Celo na področju »hobi rešitev« je čutiti podobne silnice. Podjetje Prusa Research je že napovedalo model Prusa XL, 3D-tiskalnik, ki bo zmožen natisniti izdelke velikosti 36 x 36 x 36 cm. Zanj že pobira prednaročila in ni malo navdušencev, ki so zanj takoj pripravljeni odšteti dva tisočaka.

A velikost ni vse. Posebej v poslu je pomembna tudi hitrost (tiskanja). Na hitrost pa stavi proizvajalec Azul 3D, ki razvija 3D-tiskalnik s tehnologijo DLP. Ta naj bi po zaslugi dodatne tehnike tiskanja na velike površine (HARP) 3D-tiskal kar 100-krat hitreje od običajnih 3D-tiskalnikov in celo 20-krat hitreje od drugih 3D-tiskalnikov s tehnologijo DLP. Če bo podjetju Azul 3D uspelo uresničiti zastavljene cilje in bi morebiti dobilo še kakega posnemovalca, potem tudi množična proizvodnja s 3D-tiskalniki v prihodnje nikakor ni izključena. In padel bo še en mejnik.

Izziv zagotavljanja združljivosti

Proizvodna okolja in oblikovalci že dlje časa tarnajo nad pomanjkanjem standardov na področju 3D-tiskanja. Težava je sorodna izzivom iz začetkov 3D-modeliranja, saj trenutno obstaja ogromno različnih formatov datotek za zapisovanje 3D-modelov, skoraj vsak proizvajalec programske opreme bi rad uveljavil svojega. Seveda se dolgoročno vsi lastniški zapisi ne bodo mogli obdržati, a do prave standardizacije se morajo s tem ubadati predvsem uporabniki (beri: podjetja), na plečih katerih se lomi (ne)združljivost. Tako morajo za doseganje cilja pogosto uporabljati različne platforme za 3D-skeniranje, modeliranje in tiskanje.

Nekaj upanja jim je lani vlil velikan s področja računalniške grafike. Podjetje NVIDIA je predstavilo rešitev Omniverse, programsko opremo za 3D-načrtovanje, ki lahko premosti različne platforme 3D-oblikovanja. Omniverse v središče postavlja zapis Universal Scene Description (USD), torej format datoteke, ki ga družba Pixar uporablja za svoje (3D-) animirane filme. NVIDIA pravi, da se Omniverse lahko uporablja za arhitekturo, inženiring, proizvodnjo, umetnost, medije ali zabavo. Zanimivo bo videti, ali se bo tudi v praksi dokazal kot dovolj prilagodljiv, da izpodrine vse druge zapise. Vsekakor pa mu kaže dobro, posebej po tem, ko je v industriji odjeknila novica, da NVIDIA načrtuje tudi splavitev brezplačne različice programske opreme Omniverse, katere preizkusno različico je namestilo že več kot 100.000 ustvarjalcev.

4D-tiskanje

3D-tiskanje se še niti ni dobro uveljavilo, že se je pojavilo 4D. Kaj sploh je 4D-tiskanje? Gre za postopek uporabe tehnik 3D-tiskanja za izdelavo predmeta, ki lahko sčasoma spremeni svojo obliko ali lastnosti na predvidljiv način, denimo kot odziv na pogoje, kot so izpostavljenost vodi, zraku, toploti ali električnemu toku. O tem, da je v 4D-tiskanju prihodnost, ne gre dvomiti, saj so »zraven« velika imena, kot so ABB, Autodesk, MIT, Stratasys in druga.

3D-tiskanje in trajnostni razvoj

3D-tiskanje se že vse od svojih začetkov »promovira« kot bolj trajnostna alternativa tradicionalnim proizvodnim metodam. Pravzaprav je trajnost velik prodajni argument za tehnologije 3D-tiskanja. Aditivna proizvodnja ima pred klasično veliko prednost že v tem, da ustvarja bistveno manj odpadkov. Zanaša se tudi na enostavnejšo dobavno verigo, kar zmanjšuje stroške nakupa in dobave materialov.

In prav na področju materialov je, vsaj z vidika trajnosti, še veliko rezerv. Priče smo pompu proizvajalcev filamentov, ki prodajajo biofilamente ali filamente iz trajnostnih virov, kot so materiali na rastlinski osnovi. Prav tako so vsako leto glasnejši pozivi k prenehanju uporabe plastike oziroma razvoju programov za recikliranje 3D-natisnjene plastike. Prav možnost ponovne uporabe plastike je zelo mikavna. Tehnično je namreč mogoče vsako termoplastiko razbiti na drobce, stopiti in uporabiti kot surovino za 3D-tiskanje. Podjetje z imenom Closed Loop Plastic že uporablja ta koncept za spreminjanje plastičnih skodelic in pokrovov v filament za 3D-tiskanje, imenovan U-HIPS. Tudi sama zmogljivost recikliranega filamenta je, sodeč po povratnih informacijah uporabnikov, precej dobra.

Vidik trajnosti narekuje tudi razvoj novih programov in smernic. Organizacija The New Raw se tako osredotoča na uporabo 3D-tiskanja za ustvarjanje umetniških del iz recikliranih materialov.

Rezerve v programski opremi

Da bi lahko 3D-tiskanje in aditivna proizvodnja postala prva izbira tehnologij prihodnosti, bosta morala prepričati vedno več podjetij. Zametki za kaj takega vsekakor obstajajo, saj je že leta 2020 kar 65 odstotkov podjetij, ki premorejo lastne inženirje, v določeni meri uporabljalo 3D-tiskanje pri svojem delu. Poleg tega se zdi, da je 3D-tiskanje še najbolj odporno na izzive, ki jih je svetu zadala pandemija. Tudi ob zaprtju gospodarstev in ohromljenih dobavnih verigah je bilo še vedno moč dobiti filamente za 3D-tiskalnike in rezervne dele zanje. Res pa je, da so se materiali za tiskanje, podobno kot energenti, v času pandemije znatno podražili.

Proizvodna podjetja, ki ustvarijo na milijone izdelkov, še dolgo ne bodo pogledovala proti 3D-tiskanju kot osnovi za proizvodnjo, saj se zavedajo tehnoloških omejitev. A ker gredo svetovni trendi v smer vedno bolj personaliziranih in unikatnih izdelkov, 3D-tiskanja nikakor ne gre odpisati. V bistvu to za naslednji razvojni korak potrebuje predvsem (še) boljše programske rešitve, take, ki bi lahko dodatno poenostavile proizvodni proces. Zdi se, da je upravljanje poteka dela naslednji naravni (beri: evolucijski) korak na področju programske opreme za 3D-tiskanje, ki bo postopek 3D-tiskanja naredil bolj prilagodljiv tako množični industrijski proizvodnji kot tudi manjšim obratom in celo posameznikom. Igralcev, ki se potegujejo za primat na tem področju, ne manjka, trenutno najobetavnejše pa so rešitve podjetij AMFG, Link 3D ter MakerOS.

Kljubovanje vsemu

Svet se je v zadnjih dveh letih obrnil na glavo, a 3D-tiskanje še vedno uspeva. Kaj uspeva, naravnost cveti. In pridobiva pozornost podjetij, ki prepoznavajo edinstvene prednosti tehnologije natančnega in hitrega nanašanja materialov. Se mora 3D-tiskanje česa bati? Verjetno ne, če pa bi morali izpostaviti tehnologijo, ki ga utegne nekoč preseči, je to 4D-tiskanje.