Hva er 3D Printing Technology - Slik fungerer det, applikasjoner og hindringer

Disse revolusjonerende skriverne blir stadig mer synlige i hverdagen vår:

• Guns. I 2013 designte, opprettet og trykte en selvklarert “krypto-anarkist” Cody Wilson en plastpistol via 3D-trykkteknologi. Cody avfyrte et skudd og distribuerte CAD-filene for pistolen over Internett. Det var mer enn 100 000 nedlastinger før den amerikanske regjeringen stengte nettstedet. I mai 2014 ble Yoshitomo Imura arrestert i Japan for besittelse av fem 3D-trykte kanoner.
• kosmetikk. På TechCrunch Disrupt-showet i New York i mai 2014 demonstrerte Harvard MBA-utdannet Grace Choi Mink, en 3D-skriver som koster mindre enn $ 200 som kombinerer FDA-godkjent blekk med en rekke underlag for å lage enhver type sminke, fra pulver, til krem, til leppestift. I følge Choi, “Store sminkeselskaper tar pigmentet og underlaget og blander dem sammen og løfter deretter opp prisen. Vi gjør det samme og lar deg få sminke riktig i ditt eget hus. ”
• Kroppsdeler. I følge en rapport fra 2013 fra TIME-magasinet, er 3D-skrivere allerede ute med å skille ut kroppsdeler som ører og neser fra kroppens celler. Mens tidlig stadium, er teknologien lovende for kosmetisk og plastisk kirurgi.
• Mat. Massachusetts Institute of Technology har utviklet en 3D-skriver for mat som heter “Cornucopia”, og French Culinary Institute har brukt Cornell-utviklet FabatHome til matlaging. Kanskje er ikke rom replikatorene som er avbildet i "Star Trek" så langt i fremtiden som vi kanskje tror.
• Rettsmedisin og arkeologi. I TV-showet “CSI: New York,” brukes 3D-utskrift for å gjenskape en kule i en kropp for å unngå operasjoner. Arkeologer kan gjenskape skjøre gjenstander for studier uten å skade de opprinnelige uvurderlige objektene. For eksempel kunne besøkende på Discovery Time Square King Tut Exposition se en nesten identisk 3D-trykt kopi av mumien fra selskapet Materialize.

Michelangelo forklarte en gang at hver steinblokk har en statue i seg, og det er skulpturens oppgave å oppdage den. Når kunstneren har forstått det tredimensjonale bildet han søker, er hans oppgave å forsiktig fjerne det fremmede materialet for å avsløre den skjulte strukturen. Hvis Michelangelo hadde vært i stand til å bruke en 3D-printer, ville hans kreative prosess vært nøyaktig motsatt: han begynte med ingenting og gradvis skapte hans mentale image ved å legge til stoff til formen han søkte var fullstendig.

Slik fungerer 3D-utskrift

Begrepet “3D-utskrift” er en feilnummer, ettersom det er liten likhet med todimensjonal utskrift der blekk påføres papir. Imidlertid er prosessen lik utskrift ved at resultatet er akkumulering av forskjellige lag med materialer som er lagt ned i rekkefølge i forskjellige former for å skape et solid tredimensjonalt objekt. En mer nøyaktig beskrivelse ville være "additiv produksjon", en annen metode for å skape enn tradisjonell produksjon som er basert på fjerning av fast materiale fra en større uformet masse.

Prosessen begynner med en datamaskinassistert design (CAD) eller en 3D-skanner for å oversette en modell til digitale tredimensjonale målinger. Ved å bruke det valgte materialet (flytende, pulver, papir eller arkmateriale) settes flere tynne lag på plass og smeltes sammen ved oppvarming, herding, sentrering, laminering eller fotopolymerisasjon for å lage et enkelt objekt..

3D-trykkteknologi har utviklet seg det siste tredje århundre; en 2014 Patent Insight Pro-rapport listet opp omtrent 2.635 patenter relatert til 3D-utskriftsteknologi som er utstedt siden begynnelsen av 1970-tallet. Selv om hvert patent kan være spesifikt angående krav og begrunnelse for å garantere utstedelse av et patent, kan de generelt kategoriseres basert på følgende:

• Teknologiprosess identifisert. Det er for tiden 33 forskjellige prosesser som brukes i 3D-utskrift, alt fra fused deposition modellering (FDM) - en prosess med oppvarming av termoplastiske materialer til en semi-væske tilstand, og deretter ekstrudering det lag for lag langs en datastyrt bane - til stereolitografi, en prosess der en ultrafiolett laser herder et lag med flytende fotopolymer når den heves eller senkes av en plattform nedsenket i en tank med flytende polymer, på lignende måte som å påføre belegg etter malingsbelegg til flere lag resulterer i den ferdige delen.
• Materialer som er spesifisert i patentet. Så langt dekker de utstedte patentene 45 forskjellige materialer, inkludert keramikk, leire, palladium, papir, gummi, sølv, titan og voks.
• Bruk eller anvendelse. Ved siste uttelling var det minst 22 kommersielle applikasjoner av 3D-utskrift, inkludert bygg-, forsvars- og matindustrien.

Status for 3D-utskriftsindustrien

Mange observatører fra industrien hevder at mangelen på penetrasjon til massemarkeder til nå har vært på grunn av de omfattende patenter fra forskjellige selskaper og sannsynligheten for søksmål om åndsverk. Enkelt sagt har selskaper ikke brukt ressursene på å utnytte teknologien fordi de er redde for å bli saksøkt.

Denne barrieren for konkurranse har holdt nye aktører ute av markedet og prisene høye; faktisk for høyt til å støtte forbrukerapplikasjoner i massemarkedet. Med mange av patentene som dekker grunnleggende teknologi som har gått ut i 2013 og mer til å utløpe i 2014 og 2015, er det sannsynligvis en eksplosjon av nye produkter og en reduksjon i utstyrspriser som tilsvarer tilbakegangene i annen elektronisk maskinvare som TV-apparater, datamaskiner , og mobiltelefoner. De lavere prisene vil gi tilgang til forbrukerne på bred basis for første gang.

I følge Pete Basiliere, bly Gartner-analytiker av 3D-utskrift, en overbevisende forbrukerapplikasjon - noe som bare kan opprettes hjemme av en 3D-printer - innen 2016 og ha en lignende innvirkning på 3D-skrivere som regnearket for PCen eller tillegg av et kamera til en mobiltelefon. En rapport fra Gridlogics Technologies prosjekterer at teknologien vil bli en massemarkedsartikkel fordi den vil gjøre det mulig for forbrukerne å erstatte eller lage vanlige husholdningsobjekter som nå er produsert med tradisjonelle produksjonsmetoder og inkluderer de tilhørende kostnadene ved markedsføring, logistikk og lagervedlikehold. Charles W. Hull, skaperen av den første 3D-skriveren på midten av 1980-tallet og medgründer og teknologisjef for 3D Systems, spår at bransjen vil være en virksomhet på 4,5 milliarder dollar innen slutten av dette tiåret..

Bruksområder for 3D-utskrift

Den fremtidige bruken av 3D-utskrift blir fortsatt oppdaget. Følgende er bare noen av de gjeldende applikasjonene som pågår, og som trolig vil være i generelt bruk først.

1. Medisinsk
I følge CNN brukes 3D-skrivere allerede av forskere til å trykke bittesmå strimler av organvev (bioprinting), samt ansiktsvedheng (ører og nese). Utskrevne organer som nyre eller lever - neste trinn i utviklingen av teknologien - kan brukes i utgangspunktet til medikament- og vaksinetesting og til slutt produsere sårt tiltrengte organer for transplantasjoner..

Basiliere uttaler, "3D-bioprintingsanlegg med muligheten til å trykke menneskelige organer og vev vil avansere langt raskere enn generell forståelse og aksept av konsekvensene av denne teknologien." Som svar hevder Mike Titsch, sjefredaktør for 3D Printer World, “Mange store medisinske gjennombrudd har fått moralsk motstand, fra organtransplantasjoner til stamceller. Vil bare de rike ha råd til det? Leker vi Gud? Til slutt, det å redde liv har en tendens til å trumfe alle innvendinger. ”

2. Kunstige lemmer
Studenter fra Washington University utviklet en protesearm for en 13 år gammel jente som hadde mistet lemmet i en båtulykke. Selv om den ikke var så avansert som andre proteser, var kostnadene for $ 200 for materialer betydelig under $ 6000-kostnadene for lignende enheter, en faktor som utelukker utbredt anvendelse i mange selskaper.

Kylie Wicker fra Rockland, Illinois, født uten fingre på venstre hånd, fikk et operasjonssett med 3D-trykte fingre av plast til en pris av $ 5 og designet av en videregående skole ingeniørklasse. En kanadisk professor jobber med en 3D-utskriftsprosess for å lage proteselemmer som skal sendes til Uganda for ofre for deres vedvarende borgerkrig.

3. Mote
Fashion har benyttet seg av 3D-utskrift for å lage visuelt fantastiske kjoler og tilbehør presentert på rullebanene til New York Fashion Week 2013, samt en unik "røyk" -kjole som ble avdekket på Frankfurt International Motor Show 2013. Røykjolen lager automatisk et røykslør hver gang noen tråkker i det personlige rommet til brukeren.

Lady Gaga hadde verdens første flygende kjole, Volantis, en annen 3D-trykt kjole, på ArtRave i 2013. Continuum tilbyr verdens første klare til å bruke, helt 3D-trykt bikini, N12, oppkalt etter materialet den er laget av: Nylon 12.

4. Prototyper og testmodeller
Oxfam International, et internasjonalt konføderasjon av 17 organisasjoner som jobber for å finne praktiske, innovative måter for mennesker å løfte seg ut av fattigdom, sammen med MyMiniFactory.com for å utvikle innovative design for å løse problemene med vannhygiene i tredjelandene. Motiver kan raskt skrives ut, testes og endres før de overføres til masseproduksjon. Selv om det fremdeles er tidlig i prosessen, mener sponsorer at hurtig testing av nye enheter og påfølgende modifikasjoner som er mulig med 3D-utskrift, vil vise seg å være vellykket i slike humanitære prosjekter som håndsanlegg for de nåværende 2.4 millioner syriske flyktningene som lever i overfylte, usanitære forhold..

Den italienske oppfinneren Enrico Dini har utviklet en 3D-printer, kjent som D-Shape, som binder sandpartikler sammen for å lage sedimentærstein. Skriveren sies å tillate bygging av en bygning fire ganger raskere enn konvensjonelle midler for halvparten av kostnadene. Urbee, en hybridbil designet av Kor Ecologic, er en toseter som får opptil 200 mil per gallon med en estimert kostnad på rundt 20 000 dollar, og er helt produsert av 3D-utskrift.

5. Personlig bruk
Folk vil kunne skrive ut tilpassede smykker, husholdningsvarer, leker og verktøy uansett størrelse, form eller farge de ønsker, i tillegg til å kunne skrive ut reservedeler hjemme, i stedet for å bestille dem og vente på at de skal leveres . I følge forskningsfirmaet Strategi Analytics kan 3D-utskrift hjemme utvikle seg til en industri på 70 milliarder dollar per år innen 2030.

3D-skrivere for mat kan til slutt til slutt løse problemet med å få barn til å spise grønnsakene sine, ettersom foreldre vil ha muligheten til å forme dem til alle slags former. Kanskje en pigg pjokk kunne være overbevist om å spise rosenkål hvis de var forberedt i form av en dinosaur.

Hindringer for 3D-utskrift

Selv om løftet fra 3D-skrivere er stort, er det like betydelige hindringer som må overvinnes før det når forventningene til bransjens talsmenn.

1. Mangel på enkle, billige forbrukerskrivere
3D-skrivere som selger for under 1000 dollar har begrenset kapasitet, kan være vanskelige å bruke, kan være upålitelige og kan kreve håndmontering for å bruke. Selv om disse manglene til slutt vil bli overvunnet, kan det ta betydelig prøve og feiling og tid før en rimelig forbrukermodell er tilgjengelig.

En artikkel fra 2013 i strategi + virksomhet bemerker at "uansett hvor billig en 3D-printer blir, vil et produksjonsanlegg fortsette å tilby omfangsøkonomier i råvarene for å trykke gjenstanden." Artikkelen stiller også spørsmål ved om en forbruker vil bruke en 3D-skriver hjemme for å lage en plastgaffel eller sjakkbrikke hvis han eller hun kan kjøpe den fra den lokale Walmart.

2. Mangel på egnede materialer for utskrift
Skrivere som for tiden er tilgjengelige til forbrukerpriser ($ 2500 og mindre) er avhengige av sammensmeltet avsetningsmodelleringsteknologi og PLA og ABS-plast. Dette materialet er ikke solid og er begrenset i brukervennlighet. Eksperter tror neste generasjon vil trenge å bruke karbonkompositter og metaller hvis det skal være nyttig for gjennomsnittsforbrukeren.

En artikkel fra 2014 i Storbritannias The Telegraph håner for talsmenn for den nye teknologien som forkynner så lys fremtid, og bemerker at selv vellykkede 3D-skrivere hjemme "lager modeller som ser ut som de har blitt liggende på radiatoren noen timer." Forfatteren fortsetter med å merke seg at selv om det er veldig bra å laste opp våpendeler til Internett, men uten midler til å gjøre metall (en kapasitetsforbruker 3D-skrivere ennå ikke har), er det mer sannsynlig å ta armen av deg enn skyte en kule. ”

3. Behov for kunnskap om CAD-design
Mens nedlastbare filer for forskjellige objekter er tilgjengelige fra nettsteder som Thingiverse og Shapeways, er de generelt tekniske og er kanskje ikke kompatible med hver 3D-skriver. På grunn av markedsføringshypen som omgir skriverne, kan de bli avbildet som enklere å betjene enn opplevelsen fra faktiske brukere.

Tom Meeks, som er bidragsyter til 3D Printer Users-bloggen, bemerker parallellen mellom 3D-skrivere og Keurig coffeemakers-systemet og viktigheten av forbrukerdesign og brukervennlighet, og bemerker at det tok Keurig 16 år å få den markedsgodkjenningen den har i dag. Og det bør erkjennes at det er mye mer kaffedrikkere enn potensielle brukere av 3D-skrivere. Markedsføringseksperter mener at skriverne må være like enkle å bruke som konvensjonelle laser- eller prikkmatriseskrivere hvis de skal finne bred aksept..

4. Sakte, rotete og potensielt farlige
Skriverne er perfekte for en-til-en-type eller kompliserte, dyre gjenstander, men skriverne er for trege for masseproduksjon. Materialene som brukes og utslippene deres under bruk, spesielt pulver, kan være rotete og potensielt giftige. Til slutt fungerer nåværende 3D-skrivere som bruker PLA-plast ved veldig høye temperaturer (220 til 230 grader). Selv om disse problemene ikke er uoverkommelige, vil det ta tid og investeringer å overvinne.

Endelig ord

Hvorvidt 3D-skrivere vil ha innvirkning fra TV, datamaskin eller mobiltelefon som forventet av sine talsmenn, er ukjent. Når teknologien utvikler seg, er mulighetene og fordelene uendelige. Det er absolutt en teknologi som en skarp forbruker vil være klar over og klar til bruk når den modnes og blir et forbrukerprodukt.

Hva tror du? Er du interessert i å eie en 3D-skriver?