WEBnSTUDY.com
Hardver

3D štampači

3D štampa (3D printing) je proces kreiranja predmeta sloj-po-sloj. Ovo je aditivni proces, gde se predmet dobija dodavanjem materijala, za razliku od subtraktivnog procesa gde se predmet dobija oduzimanjem (klesanje, deljanje). Koju god tehnologiju ili materijal da koriste, 3D štampači dele jednu zajedničku karakteristiku - formiraju fizički objekat po 3D modelu kreiranom u nekom CAD (Computer Aided Design), CAM (Computer Aided Manufacture) softveru ili pomoću 3D skenera.

Pomoću 3D štampe po prvi put počinje da se gubi granica između ideje i fizičkog objekta. Sada je moguće naručiti da nam 3D model nekog predmeta stigne putem Interneta, kako bismo ga onda odštampali kod kuće.

Tehnologije 3D štampe

Već sada postoji više različitih tehnologija 3D štampe. Najpoznatiji i najpopularniji metod je FDM (Fused Deposition Modeling, poznato i kao FFF - Fused Filament Fabrication, ili extrusion). Ako bismo hteli da ga opišemo, najviše bi odgovarao naziv "ceđenje plastike", a ako baš hoćemo da budemo precizni, u pitanju je formiranje objekta nanošenjem slojeva.

Ovom tehnologijom se najčešće modelira plastika ali i jestivi materijali poput čokolade ili sira. Materijal za štampu se nabavlja u obliku dugačke namotane niti (filament) od termoplastike. Ova nit se odmotava i ulazi u zagrejanu "glavu" štampača koji je topi i lepi na određeno mesto na podlozi, gde se plastika relativno brzo hladi i učvršćuje. Ovako se lepi sloj po sloj, dok se ne dobije željeni predmet. Razvoj novih "sirovina" omogućava da plastika može biti kompozit, pomešana i sa česticama drugih materijala, poput metala, krečnjaka, drveta. Ovako dobijen predmet zaista ima karakteristike tih materijala (npr. "metalni" može da se privuče magnetom).

Princip rada FDM štampača

Najbolja stvar kod ovih štampača je niska cena - kako štampača, tako i materijala. Takođe, neki materijali poput ABS plastike ili najlona mogu biti veoma čvrsti. Međutim, ovi štampači su najsporiji i najneprecizniji. Ako se štampa mali predmet, štampač mora čak da čeka da se prethodni sloj ohladi, pre nanošenja sledećeg. Takođe, ne zaboravite da se zagrejani predmeti šire a ohlađeni skupljaju, a pošto se plastika zagreva i hladi, ako se neki slojevi ohlade brže od drugih, predmet može da se savije ili čak pukne.

Ovo su štampači čije se cene kreću od nekoliko stotina do par hiljada dolara. Trenutno, to su jedini 3D štampači koje hobisti mogu da priušte. Sve ostale tehnologije koje ovde opisujemo su za sada samo u domašaju korporacija.

Stereolitografija je najstarija tehnologija 3D štampe. Osmislio ju je Čarls Hol (Charles Hall), 80-tih godina. Ova tehnologija koristi fotopolimer - ok, i to je plastika (neki je nazivaju i smola), samo u tečnom stanju. Ovaj materijal pod ultraljubičastim svetlom skoro momentalno prelazi u čvrsto stanje. Tečna plastika se nalazi u kontejneru unutar koga je i platforma koja se na početku nalazi tik ispod površine. Ultraljubičasti laser osvetljava tačno onu površinu koja predstavlja sloj objekta i koji se onda stvrdnjava. Platforma se spusti samo toliko da tečna plastika taman pokrije stvrdnuti sloj, i laser tada osvetljava sledeći sloj. Slična ovoj je i DLP tehnologija (Digital Light Projector) koja koristi projektovano svetlo usmereno prema tečnom polimeru. Pošto se u ovom slučaju koristi projektor koji "osvetljava" ceo presek objekta koji se štampa, proces je mnogo brži u odnosu na laser koji mora da "iscrtava" presek objekta.

Tehnologija stereolitografije

Zavisno od fokusiranosti lasera, moguće je dobiti objekte mikroskopske preciznosti. Ovom tehnikom se mogu praviti samo jednobojni objekti od jednog meterijala. Mana koja je zajednička za FDM i stereolitografiju je da, ako objekat ima "viseće delove", mora da se naštampa i poseban potporni sistem "skela" koje pridržavaju delove objekta dok se sve ne spoji u celinu.

PolyJet, odnosno MultiJet tehnologija se zasniva na sličnim principima kao stereolitografija, s tim što se ne koristi kadica, već se fotopolimer nalazi u kertridžima iz kojih se "naprskava" na platformu i odmah zatim učvršćuje UV laserom. Pošto imaju više kertridža, ovi štampači mogu kreirati objekte u različitim bojama (i materijalima). Objekti su prilično čvrsti, a pošto se potporni delovi štamapju od gelastog materijala, njihovo ukalnjanje je jednostavno i nema opasnosti da se objekat ošteti.

Ova tehnologija je još uvek nova, pa se ovakvi štampači, zbog svoje cene, i dalje koriste samo u profesionalne svrhe. Takođe, inicijalno je potrebno izdvojiti malo više novca za materijal, pošto je potrebno napuniti više kertridža.

Powder Bed Printing koristi materijal u prahu. Tehnički, proces je sličan kao kod ink-jet štampača. Prah se nalazi u "kadici" nad kojom se pomera glava štampača koja ispušta vezivo (lepak). Posle svakog nanosa veziva, nanosi se novi (tanak) sloj praha. Pošto se ovde prah lepi, dobijeni predmeti mogu biti krti, što će se donekle rešiti naprednijim materijalima. Sa druge strane, mogu se koristiti veziva u različitim bojama tako da ovi štampači podržavaju i štampanje u koloru.

Lasersko sinterovanje (Selective Laser Sintering) je tehnologija koja takođe koristi materijal u prahu. Proces štampe je kao kod stereolitografije, s tim što se radi sa prahom umesto sa tečnim polimerom. Prah se nalazi u "kadici", a laser velike snage topi prah na određenim mestima i time ga stapa u odgovarajući oblik. Zatim se nanosi novi sloj praha i laser se ponovo uključuje. Kod ove tehnologije možemo imati različite materijale - čak i metal (čelik, aluminijum, titanijum) ili keramiku.

Tehnologije koje koriste kadicu sa prahom imaju neke prednosti - objektu koji se štampa nije potrebna potpora, prah drži "viseće" delove gde treba. Takođe, sav preostali prah može ponovo da se koristi. Kod tehnike lepljenja praha, predmeti mogu biti lomljivi, ali kod sinterovanja nema takvih problema.

Stereolitografija i sinterovanje (u stvari tehnike koje koriste kadicu sa materijalom) imaju još jednu zajedničku manu - nemoguće je napraviti "šupalj" objekat, odnosno mora unapred da se predvidi kako će se izvući višak materijala iz šupljine objekta.

Štampači koji rade po principu laserskog sinterovanja su posebno skupi i za sada imaju isključivo industrijsku primenu.

Poslednja tehnologija koju ćemo ovde pomenuti je laminacija. Ovde se slojevi dodaju jedan po jedan tako što se isecaju laserom i lepe. Materijal može biti u obliku plastičnih ili metalnih folija, pa čak i običan papir. Čvrstina dobijenih predmeta zavisi od korišćenog materijala. Ova tehnologija se koristi kada je potrebno brzo napraviti neku maketu. Korišćenjem raznobojnih listova, može se dobiti i efekat boje.

Trenutno, najveće slabosti 3D štampe, nevezano za tehnologiju su mala brzina štampe i ograničena veličina predmeta koji se može odštampati.

Primena 3D štampe i etika

U dizajnu i arhitekturi se 3D štampa primenjuje radi brzog kreiranja prototipa i maketa. Međutim, danas se sve više koristi i za kreiranje finalnih proizvoda. Odštampani predmeti se sve više mogu videti u industriji obuće, igračaka, nameštaja, kao kalupi za nakit ili čak i kao alati. Automobilska i avio-industrija koriste ovu tehnologiju za kreiranje specifičnih delova. U arheologiji se 3D štampa koristi kako bi se rekonstruisali modeli osetljivih artefakta, a u paleontologiji za rekonstrukciju fosila i skeleta dinosaurusa.

3D štampa ima značajnu primenu u medicini - sada je moguće vrlo brzo napraviti personalizovana pomagala poput proteza i slušnih aparata, pa čak i veštačkih zuba. Hirurzi mogu štampati modele organa ili tumora kako bi se pripremili za operaciju. Tehnologija koja se još razvija je bioštampa, gde se na osnovu ideje 3D štampanja precizno postavljaju ćelije kako bi se kreirali veštački organi (npr. bubrezi ili krvni sudovi).

Tehnologija se koristi i u elektronici, gde se elektronski sklopovi naštampavaju na bilo kom fleksibilnom materijalu - tkanini, nalepnicama ili kartonu. Ova tehnologija bukvalno ulazi u novu dimenziju, pošto omogućava postavljanje elektronike u više slojeva.

Prehrambena industrija takođe ima koristi od 3D štampe pošto se neki materijali (čokolada, sir, šećer) mogu lako oblikovati. Postoje eksperimenti i u tekstilnoj industriji, a 3D štampa se već odavno koristi u Holivudu za kreiranje rekvizita i maski.

NASA eksperimentiše sa 3D štampom za potrebe istraživanja svemira. Umesto da nose sve moguće rezervne delove, astronauti sada mogu naštampati šta god je potrebno. Neka predviđanja kažu da će 3D štampači imati glavnu ulogu u izgradnji baza na Mesecu i Marsu.

Ako nemate neke stalne potrebe za 3D štampom, danas se sve više razvijaju servisi koji vam omogućavaju da Internetom pošaljete 3D model i svoj predmet dobijete poštom.

Pojedinci i hobisti mogu koristiti tehnologiju 3D štampe za zabavu, ali i za različite popravke i štampanje rezervnih delova. Postoji veliki broj gotovih modela na sajtovima poput thingiverse.com, koji sadrže ogromnu bazu različitih objekata.

RepRap sistem za 3D štampu "Mendel"
(Izvor: reprap.org) [4]

U vreme kada se tehnologije razvija, početnici u 3D štampi često prelaze trnovit put. Jeftini štampači obično dolaze sa "kvakom" da mogu koristiti samo određene materijale, a rezultati štampe često nisu zadovoljavajući. Srećom, otvorenost projekata poput RepRap sistema, forumi korisnika, mogućnosti "hakovanja" i modifikovanja štampača i softvera mogu puno da pomognu početnicima.

Ako se pitate da li su istinite priče o mogućnosti štampanja oružja u "kućnoj radinosti", odgovor je - da. Kodi Vilson (Cody Wilson) je osnivač firme Defense Distributed, posvećene objavljivanju modela funkcionalnog open-source oružja (tzv. wiki-weapons). Na svom sajtu je objavio i model Liberator prvog i verovatno najpoznatijeg pištolja ovog tipa. Wilson je u trenutku pisanja ovog teksta još uvek u sporu sa američkom vladom, a svoj slučaj bazira na slobodi govora, i činjenici da nije prodavao oružje, već samo informaciju koja omogućava njegovu izgradnju.

Nećemo ulaziti u raspravu vezanu za moralnost deljenja i pravljenja oružja, mada smatramo bi bilo lepo da se jednom pojavi tehnologija koja se neće koristiti u ove svrhe. Takođe, ne zaboravite da plastični pištolj mora biti izuzetno pažljivo modeliran kako bi podneo pritisak ispaljivanja metka. Mala greška ili promena u planu, može dovesti do toga da oružje eksplodira u ruci.

Na ovo se nadovezuju i mogućnosti štampanja ključeva za lisice, vrata obezbeđenih prostorija ili u zatvorima. Sve što je potrebno je fotografija ključa u visokoj rezoluciji, snimljena čak i iz daljine. Ovakvi ključevi i oružje lako prolaze kroz skenere, budući da su od plastike. Možemo se zapitati šta će se dogoditi kada se pojave štampani lekovi, droge ili organi.

Osvrnimo se na kraju i na zaštitu intelektualne svojine. Čak iako sami napravite model nekog objekta, njegovim objavljivanjem (tj. omogućavanjem drugim korisnicima da ga odštampaju) kršite autorska prava. To ne važi samo u slučaju da ste zaista ukrali 3D model, već i ako ga sami napravite "po uzoru" - zaista, ako korisnici koji koriste vaš dizajn, nemaju potrebu da kupe original, kršite zakon.

  1. Tony Hoffman (2015): The Many Dimensions of 3D Printing, PC Magazine, November 2015
  2. Svet kompjutera, 3D Štampači (Dragan Kosovac)
  3. 3DPrint.com, Free for All! Liberator 3D Printable Gun Files Are Currently Being Downloaded on Thingiverse (Brittney Sevenson)
  4. Fotografija preuzeta sa reprap.org i izmenjena uz poštovanje GNU licence
Svi elementi sajta Web'n'Study, osim onih za koje je navedeno da su u javnom vlasništvu, vlasništvo su autora i ne smeju se koristiti, u celosti ili delimično bez pismenog odobrenja autora. To uključuje tekstove, slike, ilustracije, animacije, prateći grafički materijal i programski kod.
Ovaj sajt koristi tehnologiju kolačića (cookies) radi vođenja interne statistike u cilju unapređenja korisničkog iskustva. Tako prikupljeni podaci su anonimni i nedostupni trećim licima. Vaša privatnost nije ugrožena ni na koji način.