Όνειρα φτιαγμένα από πλαστικό, μέταλλο και ρητίνη

Ιωάννης Πετρίδης 

H τρισδιάστατη εκτύπωση έχει περάσει πλέον στην καθημερινότητά μας. Σταδιακά έχει εγκαταλείψει την αποκλειστικότητα των στείρων δωματίων μεγάλων πολυεθνικών και καταλαμβάνει ολοένα και περισσότερο μία θέση στα γραφεία startups εταιρειών αλλά ακόμα και των απλών νοικοκυριών. Τι είναι όμως η τρισδιάστατη εκτύπωση; Κάποια μετάλλαξη του εκτυπωτή μας έτσι ώστε με τη βοήθεια κάποιων ειδικών γυαλιών να βλέπουμε μία τρίτη διάσταση στην αλλιώς δισδιάστατη και βαρετή εκτύπωσή μας σε χαρτί; Όχι! Πρόκειται για μία εντελώς καινούρια τεχνολογία, πού αν και εμπνευσμένη από την παραδοσιακή εκτύπωση, δεν έχει κανένα άλλο κοινό στοιχείο με αυτή.

Η τρισδιάστατη εκτύπωση εμφανίστηκε στις αρχές του ‘80. Το 1983 για την ακρίβεια. Ήταν τότε που ο αμερικάνος Chuck Hall εφηύρε μία από τις μορφές της, την στερεολιθογραφία. Μαζί με αυτήν εφηύρε και μια σειρά διαδικασιών σε ηλεκτρονικό και λογισμικό επίπεδο, πολύ σημαντικές για την τρισδιάστατη εκτύπωση και εξασφάλισε την πατέντα. Έτσι η τρισδιάστατη εκτύπωση έγινε μία ακριβής διαδικασία με όφελος λίγων εταιρειών (αεροναυπηγικής, αυτοκινητοβιομηχανίας κ.ά.) όπου η καινοτόμος αυτή διαδικασία επιτάχυνε δραματικά τον τομέα της έρευνας και μείωσε αισθητά το κόστος.Σήμερα, 30 χρόνια μετά ολοένα και περισσότερες από αυτές τις πατέντες λήγουν, δίνοντας έτσι την ευκαιρία σε μικρότερες εταιρίες να πειραματιστούν πάνω σε αυτήν την εφεύρεση και να διευρύνουν έτσι τον πρακτικό της τομέα σημαντικά.

13754744543_0b638cb17f_b
Photo credit: Creative Tools via VisualHunt.com / CC BY

Οι μορφές στις οποίες συναντάμε τους εκτυπωτές ποικίλουν σε μέγεθος σχήμα και υλικό επεξεργασίας. Όλοι όμως βασίζονται σε μία βασική αρχή. Στη μέθοδο της προσθετικής εναπόθεσης υλικού σε στρώματα για τον σχηματισμό μοντέλου, δηλαδή του τρισδιάστατου μοντέλου μας “Fused Deposition Modeling – FDM”.

Το σκεπτικό είναι απλό: Κάθε αντικείμενο μπορεί να αναπαραχθεί σε τρισδιάστατη μορφή αν το κόψουμε σε πολλές λεπτές φέτες. Σκεφτείτε ένα κομμένο σε φέτες μήλο, για παράδειγμα. Εάν βάλουμε τις φέτες στη σωστή σειρά έχουμε ξανά το μήλο στην αρχική του μορφή. Έτσι λοιπόν ο τρισδιάστατος εκτυπωτής προσθέτοντας μία φέτα/στρώμα πάνω στο άλλο μπορεί στο τέλος να κάνει ένα αντίγραφο του αντικειμένου μας. Ο αριθμός των στρωμάτων καθορίζει και την ανάλυση του εκτυπωτή.

Όσο για τον υπολογισμό αυτών των στρωμάτων, αυτό το αναλαμβάνει το εξίσου σημαντικό λογισμικό που συνοδεύει. Αυτό δεν χρειάζεται να είναι εγκατεστημένο στον εκτυπωτή. Μετά την εισαγωγή του ψηφιακού αντικειμένου μας, το πρόγραμμα αναλύει το αντικείμενο και υπολογίζει σε συντεταγμένες (χ,y,z – μήκος, πλάτος, ύψος) σε πιο σημείο πρέπει να βρίσκεται η κεφαλή του εκτυπωτή μας και πότε, ώστε να εναποθέσει το υλικό. Επιπλέον υπολογίζει την πιθανή πρόσθεση σε διάφορα σημεία υποστυλωμάτων τα οποία θα στηρίζουν μέρη του αντικειμένου, καθώς αυτά θα βρίσκονταν διαφορετικά στον αέρα και η εναπόθεση υλικού θα ήταν αδύνατη σε εκείνο το σημείο. Τα υποστυλώματα αυτά είναι έτσι σχεδιασμένα ώστε στο τέλος της εκτύπωσης να μπορούν να αφαιρεθούν εύκολα και χωρίς να αφήσουν υπολείμματα στο αντικείμενό μας.

Χρήσεις

Κατά την ανακάλυψη τους, οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές βρήκαν τον λόγο ύπαρξης τους στην έρευνα. Συγκεκριμένα στη δημιουργία ενός πρωτοτύπου, λειτουργικού ή μη, για την καλύτερη απεικόνιση του τελικού προϊόντος/αντικειμένου – prototyping. Το αστρονομικό κόστος των εκτυπωτών όμως περιόριζε τη χρήση τους σχεδόν αποκλειστικά σε ορισμένους κλάδους, όπου τα budget για έρευνα και prototyping έφταναν τους προϋπολογισμούς μικρών χωρών. Κάποια παραδείγματα πρακτικών εφαρμογών από την εφεύρεση των εκτυπωτών μέχρι και σήμερα είναι οι μικρογραφίες νέων σχεδίων αεροσκαφών και αυτοκινήτων αλλά και εξαρτημάτων για αυτά, η προσθετική στην ιατρική και οδοντιατρική, η δημιουργία πρωτοτύπου εργαλείου και προϊόντος πριν την μαζική παραγωγή, καθώς και η χρήση τους σε κάποιες μεγάλες παραγωγές στον κινηματογράφο για την κατασκευή σκηνικών και κοστουμιών.

Photo credit: Creative Tools via Visual hunt / CC BY
Photo credit: Creative Tools via Visual hunt / CC BY

Η επανάσταση όμως στους τρισδιάστατους εκτυπωτές ήρθε με την εμφάνιση τα τελευταία χρόνια εκατοντάδων νέων εταιρειών που προσφέρουν εκτυπωτές σε διάφορα μεγέθη αλλά και σε πολύ χαμηλές τιμές σε σχέση με τις μέχρι τότε υπάρχουσες συσκευές. Η τεχνολογία γίνεται ξαφνικά προσιτή ακόμα και σε μικρές start-up εταιρείες. Με αυτήν την αλλαγή προστίθενται νέοι τομείς χρήσης τρισδιάστατων εκτυπωτών αλλά και επεκτείνεται το εύρος των παραδοσιακών κλάδων. Για παράδειγμα μπορεί σήμερα ο οδοντίατρος της γειτονιάς να κατασκευάσει ένα αντίγραφο εμφυτεύματος για δοκιμή πριν την παραγωγή του τελικού προϊόντος από πιο ειδικούς.

Κάποιοι από τους νέους τομείς εφαρμογής είναι η αρχιτεκτονική, η διαφήμιση, η διακόσμηση και η παιδεία. Στην αρχιτεκτονική η δημιουργία μοντέλων μικρότερης κλίμακας ήταν πάντα σημαντικό κομμάτι του σχεδιασμού. Καθώς όμως αποτελούσε ένα πολύ μικρό και λιγότερο ζωτικής σημασίας μέρος της δουλειάς, η χρήση τεχνολογίας που πριν κόστιζε μερικές εκατοντάδες χιλιάδες δεν είχε νόημα. Πόσο μάλλον όταν με παραδοσιακές τεχνικές (χειροτεχνία από χαρτί/πηλό) μπορούσε να επιτευχθεί το ίδιο αποτέλεσμα. Τώρα όμως που το κόστος δεν είναι πια θέμα και ο σχεδιασμός γίνεται σχεδόν εντελώς ψηφιακά οι εκτυπωτές έχουν πλέον εισαχθεί στα αρχιτεκτονικά γραφεία. Ο αρχιτέκτονας προσφέρει  δυο, τρεις και περισσότερες προσεγγίσεις στον πελάτη του. Από μια μονοκατοικία μέχρι ένα γήπεδο ή αεροδρόμιο, η μοντελοποίηση ενός οράματος μπορεί να βρίσκεται στην άλλη άκρη του γραφείου του ίδιου του σχεδιαστή.

Ένας από τους ίσως πιο παράξενους κλάδους στον οποίο βρήκε χρήση ο τρισδιάστατος εκτυπωτής, είναι αυτός της διακόσμησης και κατ’ επέκταση του σχεδιασμού κοσμημάτων. Εδώ είναι που οι εκτυπωτές ξεφεύγουν από τον παραδοσιακό τους ρόλο και αποκτούν νέο σκοπό. Το πλαστικό, το βασικό υλικό επεξεργασίας των εκτυπωτών, δεν αποτελεί πλέον ταμπού στον χώρο αυτό. Ένα φωτιστικό, ένα βάζο ή ένα κάδρο αλλά και ένα βραχιόλι, ένα κολιέ ή ένα ζευγάρι σκουλαρίκια, δεν πρέπει να είναι μόνο από ασήμι, ατσάλι, χρυσό ή ξύλο. Το πλαστικό είναι μια εξίσου αποδεκτή επιλογή. Τα ιδιόμορφα σχήματα και χρώματα παίζουν πλέον μεγάλη σημασία. Αυτό καθιστά λοιπόν τους εκτυπωτές, το τέλειο εργαλείο για αυτόν τον τομέα. Το υλικό βγαίνει πλέον σε πολλές αποχρώσεις και φωτεινότητες, από κλασικό μαύρο και γκρι έως και ημιδιαφανές πλαστικό. Οι εκτυπωτές χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τελικού προϊόντος. Επιπλέον παρατηρείται και μία “κατάχρηση”. Οι σχεδιαστές παράγουν κατευθείαν σε αυτούς μικρό αριθμό κομματιών τα οποία και πουλάνε άμεσα στον καταναλωτή. Η χρήση του αυτή ως εργαλείο μοντέρνου σχεδιασμού, έχει και μία δευτερεύουσα συνέπεια. Η συσκευή αποκτά και αυτή ένα μοντέρνο look, πιο προσιτό στους δημιουργικούς χώρους των σχεδιαστών.

Τα τελευταία χρόνια και μετά από αυτήν την εξέλιξη της τεχνολογίας σε λειτουργικό αλλά και επίπεδο εμφάνισης, γίνεται μια προσπάθεια να περάσει αυτή η τεχνολογία στο επόμενο στάδιό της: Την οικιακή Χρήση. Όπως και η παραδοσιακή εκτύπωση, πολλοί είναι εκείνοι που πιστεύουν πως η πρακτική χρήση από τον καθένα μας είναι ζήτημα χρόνου. Χρειαζόμαστε επιπλέον γάντζους στο μπάνιο ή πρέπει να αντικαταστήσουμε έναν σπασμένο, σε λίγη ώρα θα είναι έτοιμο με τον εκτυπωτή. Ή μία κορνίζα ή ένα βάζο δώρο με κάτι προσωπικό ενσωματωμένο σε αυτό. Αυτές είναι κάποιες από τις δελεαστικές προτάσεις που φέρνει η τρισδιάστατη εκτύπωση μαζί της.

Αγορά

Μία ματιά στο χώρο των τρισδιάστατων εκτυπωτών μας αποκαλύπτει μια πληθώρα συσκευών, μοντέλων και τεχνολογιών. Ενδεικτικά θα σας παρουσιάσουμε 3 μοντέλα τα οποία ξεχωρίζουν.

Ultimaker

Photo credit: pestoverde via VisualHunt.com / CC BY
Photo credit: pestoverde via VisualHunt.com / CC BY

Αρχικά ο “φτιάξτο μόνος σου” εκτυπωτής, έχει υποστεί στη δεύτερή του έκδοση μια εμφανισιακή μετάλλαξη σε ένα όμορφο μηχάνημα το οποίο δεν χρειάζεται να κρύβεται στα υπόγεια των χρηστών του. Παρόλ’ αυτά μένει πιστός ως και σήμερα στην ανοιχτή τεχνολογία του, κάτι που εκτιμούν ένας ιδιαίτερα μεγάλος αριθμός χρηστών ενώ ταυτόχρονα βοηθάει και στην εξέλιξη του εκτυπωτή καθώς οι χρήστες συνεισφέρουν στην αναβάθμισή του. Μπορεί να χρησιμοποιήσει σχεδόν όλη τη γκάμα των πλαστικών που διατίθενται αυτή τη στιγμή στην αγορά.

Zortrax

Photo credit: Creative Tools via VisualHunt / CC BY
Photo credit: Creative Tools via VisualHunt / CC BY

O M200 της Zortrax είναι ένας πολωνικής καταγωγής εκτυπωτής, ο οποίος στοχεύει στους ημιεπαγγελματίες χρήστες και στην σταθερή ποιοτικά παραγωγή τρισδιάστατων αντικειμένων. Ανήκει στην κατηγορία των κλειστών συστημάτων καθώς δεν επιτρέπει οποιαδήποτε πρόσβαση στο λογισμικό του και χρησιμοποιεί μπομπίνες πλαστικού που παράγονται από την ίδια την εταιρεία. Διατίθεται σε πολύ προσιτή τιμή (Εκτυπωτής και υλικό), και αυτό τον βάζει σε αρκετά υψηλή θέση όσον αφορά στην σχέση ποιότητας και κόστους.

Formlabs

Photo credit: Creative Tools via Visualhunt / CC BY
Photo credit: Creative Tools via Visualhunt / CC BY

Ο Form εκτυπωτής της Formlabs χρησιμοποιεί ειδική ρητίνη ως υλικό κατασκευής. Ένα λέιζερ σκληραίνει το αλλιώς παχύρευστο υλικό με ακρίβεια μικροχιλιοστού δημιουργώντας έτσι τις επιφάνειες του μοντέλου χωρίς εναπόθεση υλικού αλλά χρησιμοποιώντας το υλικό που υπάρχει ήδη εκεί. Η τεχνική αυτή παράγει αντικείμενα υψηλής ανάλυσης. Η πολυπλοκότητα της τεχνολογίας όμως και κατά συνέπεια το υψηλό κόστος των μηχανημάτων καθώς και του υλικού παραγωγής τον καθιστούν όχι και τόσο δημοφιλή στον ερασιτεχνικό και κατώτερο επαγγελματικό τομέα. Η Formlabs μπόρεσε να κάνει πιο προσιτούς τους εκτυπωτές της χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της χρηματοδότησης από το κοινό (Crowdfunding) πράγμα που την έβαλε όμως και στο στόχαστρο της 3D Systems, (την  πρωτοπόρο σ’ αυτήν την  τεχνολογία και κάτοχο πολλών διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας), η οποία είναι έως και σήμερα σε νομική διαμάχη με τη Formlabs.

Υλικό

Με εξαίρεση την ειδική ρητίνη των εκτυπωτών στερεολιθογραφίας, οι υπόλοιποι εκτυπωτές χρησιμοποιούν απλό πλαστικό το οποίο βρίσκουμε και στα υπόλοιπα πλαστικά αντικείμενα. Το πλαστικό έρχεται σε μπομπίνες σε μορφή λεπτού συμπαγούς σωλήνα διαφόρων διαστάσεων κοντά στα 2 χιλιοστά και χωρίζεται σε δύο υποκατηγορίες: 1. ABS Acrylonitrile butadiene styrene: Η πιο κοινή μορφή πλαστικού, ανθεκτικό σε μηχανική καταπόνηση και πολύ σκληρό. Από αυτό το υλικό κατασκευάζονται τα τουβλάκια LEGO. 2. PLA Polylactic acid: Ένα βιολογικά διασπώμενο προϊόν. Παράγεται από αναπληρώσιμες πηγές όπως το καλαμποκάλευρο, γεγονός που το καθιστά λιγότερο επικίνδυνο στον οργανισμό και το περιβάλλον. photo1

 Η τρισδιάστατη εκτύπωση μόλις μπήκε στη ζωή μας. Είναι ακόμα πολύ νωρίς για να μπορέσουμε να πούμε πού θα πάει και ποια μορφή θα έχει. Γεγονός όμως είναι ότι έχει αγαπηθεί κεραυνοβόλα από όποιον είχε τη δυνατότητα να τη γνωρίσει από κοντά και να τη δοκιμάσει πρακτικά. Σ’ αυτούς ανήκουμε και όλοι εμείς στη Soferina, που πρόσφατα είχαμε την τύχη και τη χαρά να τη χρησιμοποιήσουμε. Αυτό το άρθρο είναι ένας τρόπος να φέρουμε κι εσάς πιο κοντά σε αυτήν την τεχνολογία και να αποφασίσετε εσείς πώς θα τη χρησιμοποιήσετε!