3D Baskı Teknolojisi Nedir - Nasıl Çalışır, Uygulamalar ve Engeller

Bu devrimci yazıcılar günlük hayatımızda giderek daha fazla görülebilir:

Silahlar. 2013 yılında, kendini ilan eden “kripto-anarşist” Cody Wilson, 3D baskı teknolojisi ile plastik bir tabanca tasarladı, yarattı ve bastı. Cody bir atış yaptı ve silahın CAD dosyalarını internet üzerinden dağıttı. ABD hükümeti siteyi kapatmadan önce 100.000'den fazla indirme yapıldı. Mayıs 2014'te, Yoshitomo Imura Japonya'da beş adet 3D basılı silah bulundurduğu için tutuklandı.
Makyaj malzemeleri. Mayıs 2014'te New York'taki TechCrunch Disrupt fuarında, Harvard MBA mezunu Grace Choi, tozlardan herhangi bir makyaj oluşturmak için FDA onaylı mürekkebi çeşitli substratlarla birleştiren 200 dolardan daha düşük maliyetli bir 3D yazıcı olan Mink'i gösterdi. krema, ruj. Choi'ye göre, “Büyük makyaj şirketleri pigmenti ve substratları alıp bir araya getirip fiyatı yükseltiyor. Aynı şeyi yapıyoruz ve makyajı kendi evinizde bulmanıza izin veriyoruz. ”
Vücut kısımları. TIME dergisinin 2013 raporuna göre, 3D yazıcılar vücut hücrelerinden kulaklar ve burunlar gibi vücut parçalarını zaten yapıyorlar. Erken aşamada, teknoloji kozmetik ve plastik cerrahi için umut verici.
Gıda. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, “Cornucopia” adı verilen gıdalar için bir 3D yazıcı geliştirdi ve Fransız Mutfak Enstitüsü gıda hazırlama için Cornell tarafından geliştirilen FabatHome'u kullanıyor. Belki de “Star Trek” te tasvir edilen uzay çağı yiyecek kopyaları gelecekte düşündüğümüz kadar uzak değil.
Adli Tıp ve Arkeoloji. “CSI: New York” adlı televizyon şovunda, ameliyattan kaçınmak için vücudun içindeki bir mermi kopyalamak için 3D baskı kullanılıyor. Arkeologlar, orijinal paha biçilmez nesnelere zarar vermeden çalışma için kırılgan eserleri çoğaltabilirler. Örneğin, Discovery Time Square King Tut Exposition ziyaretçileri Materialize şirketi tarafından mumyanın neredeyse aynı 3D baskılı kopyasını görebildiler.

Michelangelo bir keresinde her taş bloğunun içinde bir heykel olduğunu açıkladı ve onu keşfetmek heykelin görevidir. Sanatçı aradığı üç boyutlu görüntüyü anladıktan sonra, görevi gizli yapıyı ortaya çıkarmak için yabancı malzemeyi dikkatlice parçalamaktır. Michelangelo bir 3D yazıcı kullanabilseydi, yaratıcı süreci tam tersi olurdu: hiçbir şeyle başlamak ve istediği form tamamlanana kadar madde ekleyerek yavaş yavaş zihinsel imajını yaratmak.

3D Baskı Nasıl Çalışır?

“3D baskı” terimi, kağıda mürekkebin uygulandığı iki boyutlu baskıya çok az benzerlik olduğundan yanlış adlandırmadır. Bununla birlikte, işlem baskıya benzer, çünkü sonuç, üç boyutlu katı bir nesne oluşturmak için sırayla farklı şekillerde sıralanan farklı malzeme katmanlarının birikmesidir. Daha doğru bir tanım, "ek üretim", geleneksel üretimden daha farklı bir oluşturma yöntemi olacaktır, bu da daha büyük biçimlendirilmemiş bir kütleden katı malzemenin çıkarılmasına dayanmaktadır..

İşlem, bir modeli dijital, üç boyutlu ölçümlere dönüştürmek için bilgisayar destekli bir tasarım (CAD) veya bir 3D tarayıcı ile başlar. Seçilen malzemeyi (sıvı, toz, kağıt veya tabaka malzemesi) kullanarak, tek bir birleşik nesne yapmak için birden fazla ince tabaka yerleştirilir ve ısıtma, sertleştirme, merkezleme, laminasyon veya fotoğraf polimerizasyonu ile kaynaştırılır..

3D baskı teknolojisi geçtiğimiz üçüncü yüzyılda gelişti; 2014 Patent Insight Pro raporu, 1970'lerin başından beri yayınlanan 3D baskı teknolojisi ile ilgili yaklaşık 2.635 patent listelemiştir. Her patent, bir patentin verilmesini garanti altına almak için iddiaları ve gerekçeleri konusunda spesifik olsa da, bunlar genellikle aşağıdakilere dayanarak kategorize edilebilir:

Tanımlanmış Teknoloji Süreci. Halen 3D baskıda kullanılan, erimiş biriktirme modellemesinden (FDM) - termoplastik malzemelerin yarı sıvı durumlara ısıtılmasına, daha sonra bilgisayar kontrollü bir yol boyunca katman katman ekstrüde edilmesine kadar uzanan 33 farklı işlem vardır. bir ultraviyole lazerin, çoklu katmanlar bitmiş parça elde edilene kadar boya katından sonra katın uygulanmasına benzer bir sıvı polimer tankına batırılmış bir platform tarafından kaldırıldığı veya indirildiği için bir sıvı fotopolimer tabakasını sertleştirdiği işlem.
Patentte Belirtilen Malzemeler. Şu ana kadar verilen patentler seramik, kil, paladyum, kağıt, kauçuk, gümüş, titanyum ve balmumu dahil 45 farklı malzemeyi kapsıyor.
Kullanım veya Uygulama. Son olarak, inşaat, savunma ve gıda endüstrileri de dahil olmak üzere en az 22 ticari 3D baskı uygulaması vardı.

3D Baskı Endüstrisinin Durumu

Birçok endüstri gözlemcisi, bugüne kadar kitlesel pazarlara girme eksikliğinin, farklı şirketlerin geniş patentleri ve fikri mülkiyet davaları olasılığından kaynaklandığını iddia ediyor. Basitçe ifade etmek gerekirse, şirketler teknolojiden yararlanmak için kaynakları harcamamışlardır çünkü dava edilmekten korkuyorlar.

Rekabetin önündeki bu engel, yeni girenleri piyasadan uzak tutmuş ve fiyatları yüksek tutmuştur; aslında kitlesel pazar tüketici uygulamalarını destekleyemeyecek kadar yüksek. Temel teknolojiyi kapsayan patentlerin birçoğu 2013'te sona erdi ve daha fazlası 2014 ve 2015'te sona erecek, yeni ürünler patlaması ve televizyon, bilgisayar gibi diğer elektronik donanımlardaki düşüşlere benzer şekilde ekipman fiyatlamasında bir azalma olması muhtemeldir. ve cep telefonları. Düşük fiyatlar ilk defa tüketicilere geniş bir erişim sağlayacak.

3D baskının lider Gartner analisti Pete Basiliere'e göre, zorlayıcı bir tüketici uygulaması - sadece evde bir 3D yazıcı tarafından oluşturulabilecek bir şey - 2016 yılına kadar görünecek ve 3D yazıcılar üzerinde PC veya elektronik tablo için benzer bir etkiye sahip olacak. cep telefonuna kamera eklenmesi. Gridlogics Technologies tarafından hazırlanan bir rapor, teknolojinin kitlesel bir pazar öğesi olacağına dair bir rapor, çünkü tüketicilerin artık geleneksel üretim yöntemleriyle üretilen ve pazarlama, lojistik ve envanter bakımının ilgili maliyetlerini içeren ortak ev eşyalarını değiştirmelerini veya yaratmalarını sağlayacak. 1980'lerin ortalarında ilk 3D yazıcının yaratıcısı ve 3D Systems'ın kurucu ve baş teknoloji sorumlusu Charles W. Hull, sektörün bu on yılın sonunda 4,5 milyar dolarlık bir iş olacağını öngörüyor.

3D Baskı Uygulamaları

3D baskının gelecekteki kullanımları hala keşfedilmektedir. Aşağıdakiler, şu anda devam etmekte olan ve genel olarak ilk kullanımda olması muhtemel mevcut uygulamalardan sadece birkaçıdır..

1. Tıbbi
CNN'ye göre, 3D yazıcılar zaten araştırmacılar tarafından küçük organ dokusu şeritlerini (biyoprin) ve yüz uzantılarını (kulaklar ve burunlar) yazdırmak için kullanılıyor. Böbrek veya karaciğer gibi basılı organlar - teknolojinin evriminde bir sonraki aşama - başlangıçta ilaç ve aşı testi için kullanılabilir ve nihayetinde nakiller için çok ihtiyaç duyulan organlar üretilebilir.

Basiliere, “İnsan organlarını ve dokularını basma yeteneğine sahip 3D biyoprin tesisleri, bu teknolojinin sonuçlarının genel anlayışından ve kabulünden çok daha hızlı ilerleyecektir.” 3D Printer World'ün genel yayın yönetmeni Mike Titsch, “Organ nakillerinden kök hücrelere kadar birçok büyük tıbbi atılım ahlaki dirence maruz kaldı. Sadece zenginler karşılayabilecek mi? Tanrı mı oynuyoruz? Sonunda hayatları kurtarmak tüm itirazları gölgede bırakma eğilimindedir. ”

2. Yapay Organlar
Washington Üniversitesi öğrencileri, bir tekne kazasında uzvunu kaybeden 13 yaşındaki bir kız için protez bir kol geliştirdi. Diğer protezler kadar gelişmiş olmasa da, malzemeler için 200 $ maliyeti benzer cihazların 6.000 $ maliyetinin oldukça altındaydı, bu da birçok şirkette yaygın uygulamayı engelleyen bir faktör.

Sol elinde parmaksız doğan Illinois, Rockland, Illinois'den Wicker, 5 dolarlık bir maliyetle ameliyat edilen bir plastik 3D baskılı parmak seti aldı ve bir lise mühendisliği sınıfı tarafından tasarlandı. Bir Kanadalı profesör, kalıcı iç savaşlarının kurbanları için Uganda'ya protez uzuvların gönderilmesi için 3D baskı süreci üzerinde çalışıyor.

3. Moda
Fashion, New York Moda Haftası 2013 pistlerinde sunulan görsel olarak çarpıcı elbiseler ve aksesuarlar ile 2013 Frankfurt Uluslararası Otomobil Fuarı'nda tanıtılan eşsiz bir “duman” elbisesi oluşturmak için 3D baskıyı kullandı. Birisi kullanıcının kişisel alanına adım attığında, duman elbisesi otomatik olarak bir duman perdesi oluşturur..

Lady Gaga, 2013 ArtRave'de dünyanın ilk uçan elbisesi, başka bir 3D baskılı elbise olan Volantis'i giydi. Continuum, üretildiği malzeme için dünyanın ilk hazır giyim, tamamen 3D baskılı bikinisi N12'yi sunar: Naylon 12.

4. Prototipler ve Test Modelleri
İnsanların yoksulluktan kurtulmaları için pratik, yenilikçi yollar bulmak için çalışan 17 kuruluşun uluslararası bir konfederasyonu olan Oxfam International, Üçüncü Dünya ülkelerinde su hijyeni sorunlarını çözmek için yenilikçi tasarımlar geliştirmek üzere MyMiniFactory.com ile birlikte çalıştı. Tasarımlar seri üretime geçmeden önce hızlı bir şekilde yazdırılabilir, test edilebilir ve değiştirilebilir. Süreç henüz erken olmasına rağmen, sponsorlar yeni cihazların hızlı test edilmesinin ve daha sonra 3D baskı ile yapılabilecek değişikliklerin, kalabalık, sağlıksız koşullarda yaşayan mevcut 2,4 milyon Suriyeli mülteci için el sıhhi tesisat cihazları gibi insani projelerde başarılı olacağına inanıyorlar..

İtalyan mucit Enrico Dini, D-Shape olarak bilinen ve tortul taşı oluşturmak için kum parçacıklarını birbirine bağlayan bir 3D yazıcı geliştirdi. Yazıcının, maliyetin yarısı için geleneksel araçlardan dört kat daha hızlı bir binanın inşasına izin verdiği söylenir. Kor Ecologic tarafından tasarlanan hibrit bir otomobil olan Urbee, yaklaşık 20.000 $ civarında bir maliyetle galon başına 200 mil'e kadar çıkabilen ve tamamen 3D baskı ile üretilen iki kişilik bir koltuktur..

5. Kişisel Kullanım
İnsanlar istedikleri boyuta, şekle veya renge özel mücevher, ev eşyaları, oyuncaklar ve araçlar basabilecek ve yedek parçaları sipariş etmek ve teslim edilmelerini beklemek yerine evde basabilecektir. . Araştırma şirketi Strategy Analytics'e göre, ev 3D baskı 2030 yılına kadar yılda 70 milyar dolarlık bir sektöre dönüşebilir.

Gıda için 3D yazıcılar, nihayetinde çocukların sebzelerini yemelerini sağlama sorununu bile çözebilir, çünkü ebeveynler onları her türlü şekle sokma yeteneğine sahip olacaktır. Belki de bir dinozor şeklinde hazırlanmışlarsa, titiz bir yürümeye başlayan çocuk Brüksel lahanası yemeye ikna edilebilir.

3D Baskı Önündeki Engeller

3D yazıcıların vaatleri önemli olmakla birlikte, endüstri taraftarlarının beklentilerine ulaşmadan önce aşılması gereken aynı derecede önemli engeller var.

1. Basit, Ucuz Tüketici Yazıcılarının Eksikliği
1.000 $ 'dan daha düşük fiyata satan 3D yazıcıların kapasitesi sınırlıdır, kullanımı zor olabilir, güvenilir olmayabilir ve el montajının kullanılmasını gerektirebilir. Bu kusurlar nihayetinde aşılacak olsa da, makul bir tüketici modelinin mevcut olması önemli ölçüde deneme yanılma ve zaman alabilir..

Strateji + iş dünyasında 2013 tarihli bir makale, “bir 3D yazıcının ne kadar ucuz olduğuna bakılmaksızın, bir üretim tesisinin artefaktı basmak için hammaddelerde ölçek ekonomileri sunmaya devam edeceğini” belirtiyor. Makale ayrıca, tüketicinin evde bir Walmart'tan satın alabiliyorsa plastik çatal veya satranç parçası yapmak için 3D yazıcı kullanıp kullanmayacağını soruyor..

2. Baskı için Uygun Malzeme Eksikliği
Şu anda tüketici fiyatlarında (2.500 $ ve daha düşük) bulunan yazıcılar, kaynaşmış biriktirme modelleme teknolojisine ve PLA ve ABS plastiklerine güvenmektedir. Bu malzeme sağlam değildir ve kullanılabilirlikle sınırlıdır. Uzmanlar, gelecek neslin ortalama tüketici için faydalı olması durumunda karbon kompozitleri ve metalleri kullanması gerektiğine inanıyor.

İngiltere'nin The Telegraph'ında yer alan 2014 tarihli bir makale, bu kadar parlak gelecekler ilan eden yeni teknolojinin savunucularını atar ve başarılı ev 3D yazıcılarının bile “birkaç saat radyatörde kalmış gibi modeller oluşturduğunu” belirtir. Yazar, silah parçalarını internete yüklemek çok iyi olsa da, metal yapma araçları olmadan (tüketici 3D yazıcılarının henüz sahip olmadığı bir kapasite), “kolunuzu çıkarmanın daha olası olduğunu unutmayın. mermi ateşle. ”

3. CAD Tasarım Bilgisi
Thingiverse ve Shapeways gibi sitelerden farklı nesneler için indirilebilir dosyalar mevcut olsa da, bunlar genellikle tekniktir ve her 3B yazıcıyla uyumlu olmayabilir. Yazıcıları çevreleyen pazarlama hype nedeniyle, gerçek kullanıcıların deneyiminden daha kolay kullanım olarak tasvir edilebilir.

3D Yazıcı Kullanıcıları bloguna katkıda bulunan Tom Meeks, 3D yazıcılar ve Keurig kahve makinesi sistemi arasındaki paralelliğe ve tüketici tasarımının ve kullanım kolaylığının önemine dikkat çekerek, Keurig'in bugün piyasada kabul görmesinin 16 yıl aldığını belirtti. Ve potansiyel 3D yazıcı kullanıcılarından çok daha fazla kahve içen olduğu kabul edilmelidir. Pazarlama uzmanları, geniş bir kabul göreceklerse, yazıcıların geleneksel lazer veya nokta vuruşlu yazıcılar kadar basit olması gerektiğine inanmaktadır..

4. Yavaş, Dağınık ve Potansiyel Olarak Tehlikeli
Eşsiz veya karmaşık, pahalı nesneler için mükemmel olmakla birlikte, yazıcılar seri üretim için çok yavaştır. Kullanılan malzemeler ve bunların kullanım sırasındaki emisyonları, özellikle tozlar, dağınık ve potansiyel olarak toksik olabilir. Son olarak, PLA plastik kullanan mevcut 3D yazıcılar çok yüksek sıcaklıklarda (220 ila 230 derece) çalışır. Bu sorunlar aşılmaz olmasa da, üstesinden gelmek zaman ve yatırım alacaktır.

Son söz

3D yazıcıların savunucularının beklediği gibi televizyon, bilgisayar veya cep telefonu üzerinde bir etkisi olup olmadığı bilinmemektedir. Teknoloji geliştikçe, olanaklar ve faydalar sınırsızdır. Zeki bir tüketicinin olgunlaştıkça ve tüketici ürünü haline geldiği için bilişsel ve kullanıma hazır olacağı bir teknolojidir..

Ne düşünüyorsun? 3D yazıcı sahibi olmak ister misiniz??