מהי טכנולוגיית הדפסת תלת מימד - איך זה עובד, יישומים ומכשולים

המדפסות המהפכניות הללו נראות יותר ויותר בחיי היומיום שלנו:

• רובים. בשנת 2013, קודי ווילסון "קריפטו-אנרכיסט" שהוכרז על ידי עצמו, עיצב, יצר והדפיס אקדח פלסטיק באמצעות טכנולוגיית הדפסת תלת מימד. קודי ירה זריקה והפיץ את תיקי ה- CAD לאקדח דרך האינטרנט. היו יותר ממאה אלף הורדות לפני שממשלת ארה"ב סגרה את האתר. במאי 2014 נעצר יושיטומו אימורה ביפן בהחזקת חמישה תותחים מודפסים תלת ממדיים.
• קוסמטיקה. בתערוכת שיבוש TechCrunch בניו יורק, במאי 2014, הדגימה בוגרת MBA בהרווארד גרייס צ'וי הדגימה את ה- Mink, מדפסת תלת מימד שעלתה פחות מ- 200 דולר המשלבת דיו מאושר על ידי ה- FDA עם מגוון מצעים ליצירת איפור מכל סוג, מאבקות, לקרם, לשפתון. לדברי צ'וי, "חברות איפור גדולות לוקחות את הפיגמנט והמצעים ומערבבות אותן יחד ואז מעלות את המחיר. אנחנו עושים את אותו הדבר ומאפשרים לך להשיג את האיפור בבית שלך. "
• חלקי גוף. על פי דו"ח 2013 של מגזין TIME, מדפסות תלת מימד כבר מגרפות חלקי גוף כמו אוזניים ואף מתאי גוף. בשלב מוקדם הטכנולוגיה מבטיחה ניתוחים קוסמטיים ופלסטיים.
• מזון. המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס פיתח מדפסת תלת מימדית למזון שנקראה "קרנוקופיה" והמכון הקולינרי הצרפתי השתמש בפאבטהום שפיתחה קורנל להכנת מזון. אולי משכפלי המזון מתקופת החלל המתוארים ב"מסע בין כוכבים "אינם רחוקים בעתיד כפי שאנו עשויים לחשוב.
• משפטי וארכיאולוגיה. בתוכנית הטלוויזיה "CSI: ניו יורק", הדפסת תלת מימד משמשת לשכפול כדור בתוך גוף כדי להימנע מניתוח. ארכיאולוגים יכולים לשכפל חפצים שבירים למחקר מבלי לפגוע בעצמים המקוריים שלא יסולאו בפז. לדוגמה, מבקרים בתערוכת המלך תות של כיכר טיים דיסקברי טיים הצליחו לראות העתק מודפס תלת ממדי כמעט זהה של המומיה של חברת Materialize..

מיכלאנג'לו הסביר פעם שלכל גוש אבן יש פסל ותפקידו של הפסל לגלות אותו. ברגע שהאמן מבין את הדימוי התלת ממדי שהוא מחפש, משימתו היא לשבב בזהירות את החומר הזרני כדי לחשוף את המבנה הנסתר. אם מיכלאנג'לו היה מסוגל להשתמש במדפסת תלת מימד, תהליך היצירה שלו היה בדיוק הפוך: החל מכלום ויצר בהדרגה את הדימוי הנפשי שלו על ידי הוספת חומר עד שהטופס אותו חיפש היה שלם.

איך עובד הדפסת תלת מימד

המונח "הדפסת תלת מימד" הוא כינוי לא נכון, מכיוון שיש מעט דמיון להדפסה דו-ממדית לפיה מוחלים דיו על נייר. עם זאת, התהליך דומה להדפסה בכך שהתוצאה היא הצטברות של שכבות חומרים שונות שהונחו ברצף בצורות שונות ליצירת אובייקט תלת ממדי מוצק. תיאור מדויק יותר יהיה "ייצור תוספים", שיטה אחרת לייצור מאשר ייצור מסורתי, המבוסס על סילוק חומר מוצק ממסה לא גדולה יותר.

התהליך מתחיל בתכנון בעזרת מחשב (CAD) או סורק תלת ממדי לתרגום דגם למדידות תלת מימדיות דיגיטליות. בעזרת החומר שנבחר (חומר נוזלי, אבקה, נייר או גיליון), מניחים מספר שכבות דקות וממוזגים על ידי חימום, ריפוי, ריכוז, למינציה או פילמור תמונות כדי ליצור אובייקט אחיד אחד..

טכנולוגיית הדפסת תלת מימד התפתחה במהלך המאה השלישית האחרונה; דוח לשנת 2014 של Patent Insight Pro ציין כ -2,635 פטנטים הקשורים לטכנולוגיית הדפסת תלת מימד שהונפקו מאז תחילת שנות השבעים. אמנם כל פטנט עשוי להיות ספציפי ביחס לטענותיו והצדקותיו להצדיק הוצאת פטנט, אך בדרך כלל ניתן לסווג אותם על פי הדברים הבאים:

• זיהוי תהליך טכנולוגי. ישנם כיום 33 תהליכים שונים המשמשים בהדפסת תלת מימד, החל מדגמי תצהיר התמזגו (FDM) - תהליך של חימום חומרים תרמופלסטיים למצב נוזלי למחצה, ואז שחול אותו שכבה אחר שכבה בדרך מבוקרת מחשב - לסטריאוליטוגרפיה, תהליך בו לייזר אולטרה סגול מקשה שכבה של פוטופולימר נוזלי כשהוא מורם או מוריד על ידי פלטפורמה הטבולה במיכל של פולימר נוזלי בדומה למריחה של מעיל לאחר שכבת צבע עד שהשכבות המרובות גורמות לחלק המוגמר..
• חומרים המצוינים בפטנט. עד כה, הפטנטים שהונפקו מכסים 45 חומרים שונים כולל קרמיקה, חימר, פלדיום, נייר, גומי, כסף, טיטניום ושעווה.
• שימוש או יישום. בספירה האחרונה היו לפחות 22 יישומים מסחריים של הדפסת תלת מימד, כולל תעשיות הבנייה, הביטחון והמזון.

מצב ענף הדפוס התלת ממדי

משקיפים רבים בתעשייה טוענים כי היעדר החדירה לשווקים המוניים עד כה נבע מהפטנטים הנרחבים של חברות שונות והסבירות לתביעות קניין רוחני. בפשטות, חברות לא השקיעו את המשאבים כדי לנצל את הטכנולוגיה מכיוון שהן חוששות להיתבע בהן.

מחסום תחרות זה הרחיק מתחרים חדשים מהשוק והמחירים גבוהים; למעשה גבוה מכדי לתמוך ביישומי צרכנים בשוק המוני. כאשר רבים מהפטנטים המכסים טכנולוגיה בסיסית פקעו בשנת 2013 ויותר מהם יפוגו ב -2014 וב -2015, סביר להניח שיש התפוצצות של מוצרים חדשים והפחתה בתמחור הציוד בדומה לירידות בחומרה אלקטרונית אחרת כמו טלוויזיות, מחשבים , וטלפונים ניידים. המחירים הנמוכים יעניקו לראשונה גישה לצרכנים על בסיס רחב.

לדברי פיט בסילייר, אנליסט הראשי של גרטנר להדפסת תלת מימד, אפליקציה צרכנית משכנעת - משהו שיכול להיווצר רק בבית על ידי מדפסת תלת מימד - תופיע עד 2016 ויש לה השפעה דומה על מדפסות תלת מימד כמו הגיליון האלקטרוני למחשב האישי או תוספת של מצלמה לטלפון נייד. דוח של Gridlogics Technologies מציג כי הטכנולוגיה תהפוך לפריט שוק המוני מכיוון שהיא תאפשר לצרכנים להחליף או ליצור חפצים ביתיים משותפים המיוצרים כעת בשיטות ייצור מסורתיות וכוללים את העלויות הנלוות של שיווק, לוגיסטיקה ותחזוקת מלאי. צ'רלס וו. האל, יוצר מדפסת התלת מימד הראשונה באמצע שנות השמונים והמייסד המשותף ומנהל הטכנולוגיה הראשי של מערכות 3D, צופה שהתעשייה תהיה עסק של 4.5 מיליארד דולר בסוף העשור הזה..

יישומים של הדפסת תלת מימד

השימושים העתידיים בהדפסת תלת מימד עדיין מתגלים. להלן רק חלק מהיישומים הקיימים כיום הנמצאים כעת בשימוש כללי.

1. רפואי
על פי נתוני CNN, מדפסות תלת מימד כבר משמשות החוקרים להדפסת רצועות זעירות של רקמות איברים (הדפסת ביו), כמו גם תוספות פנים (אוזניים ואף). איברים מודפסים כמו כליה או כבד - השלב הבא בהתפתחות הטכנולוגיה - יוכלו לשמש בתחילה לבדיקת תרופות וחיסונים ובסופו של דבר לייצר איברים נחוצים להשתלות..

Basiliere קובע, "מתקני הדפסת ביו-תלת מימד עם היכולת להדפיס איברים ורקמות אנושיות יתקדמו הרבה יותר מהר מאשר הבנה כללית והשלמה עם השלכותיה של טכנולוגיה זו." בתגובה טוען מייק טיטש, העורך הראשי של מדפסת תלת מימד העולמית, "פריצות דרך רפואיות משמעותיות רבות סבלו מהתנגדות מוסרית, מהשתלות איברים לתאי גזע. האם רק העשירים יוכלו להרשות זאת לעצמם? האם אנחנו משחקים את אלוהים? בסופו של דבר, הצלת חיים נוטה לרמוס את כל ההתנגדויות. "

2. גפיים מלאכותיות
סטודנטים מאוניברסיטת וושינגטון פיתחו זרוע תותבת לילדה בת 13 שאיבדה את גפה בתאונת שייט. אמנם לא היה מתקדם כמו תותבות אחרות, אך עלותם של 200 $ לחומרים הייתה משמעותית מתחת למחיר של 6,000 $ עבור מכשירים דומים, גורם המונע יישומים נרחבים בחברות רבות..

קיילי וויקר מרוקלנד, אילינוי, ילידת בלי אצבעות בידה השמאלית, קיבלה מערכת הפעלה של אצבעות מודפסות בתלת מימד מפלסטיק בעלות של 5 $ ועוצבה על ידי כיתת הנדסה בתיכון. פרופסור קנדי ​​עובד על תהליך הדפסת תלת מימד כדי לגרום לגפיים תותבות שיישלחו לאוגנדה לקרבנות מלחמות האזרחים המתמשכות שלהם..

3. אופנה
האופנה השתמשה בהדפסת תלת מימד כדי ליצור שמלות ואביזרים מדהימים ויזואלית שהוצגו על מסלולי מסלול שבוע האופנה של ניו יורק 2013, כמו גם בשמלת עשן ייחודית שנחשפה בתערוכת הרכב הבינלאומית של פרנקפורט 2013. שמלת העשן יוצרת אוטומטית מעטה של ​​עשן בכל פעם שמישהו נכנס במרחב האישי של הלובש.

ליידי גאגא לבשה את השמלה המעופפת הראשונה בעולם, Volantis, שמלה נוספת מודפסת בתלת מימד, ב- ArtRave לשנת 2013. Continuum מציעה את הביקיני הראשון המוכן ללבוש, מודפס בתלת מימד לחלוטין, ה- N12, על שם החומר ממנו הוא עשוי: ניילון 12.

4. אבות-טיפוס ומודלים לבדיקה
חברת Oxfam International, קונפדרציה בינלאומית המונה 17 ארגונים הפועלים למציאת דרכים מעשיות וחדשניות עבור אנשים להוציא את עצמם מהעוני, שיתפה פעולה עם MyMiniFactory.com כדי לפתח עיצובים חדשניים כדי לפתור את בעיות היגיינת המים במדינות העולם השלישי. ניתן להדפיס, לבחון ולשנות עיצובים במהירות לפני העברתם לייצור המוני. למרות שזה עדיין בשלב מוקדם של התהליך, נותני החסות מאמינים כי בדיקות מהירות של מכשירים חדשים ושינויים שלאחר מכן אפשריים עם הדפסת תלת מימד יתגלו כמוצלחים בפרויקטים הומניטריים כמו מכשירי תברואה בידיים עבור 2.4 מיליון הפליטים הסורים הנוכחיים החיים בתנאים צפופים ולא סניטריים..

הממציא האיטלקי אנריקו דיני פיתח מדפסת תלת ממדית, המכונה D-Shape, הקושרת חלקיקי חול יחד ליצירת אבן משקע. המדפסת אמורה לאפשר הקמה של בניין מהר פי ארבעה מהאמצעים המקובלים עבור מחצית מהעלות. ה- Urbee, רכב היברידי שתוכנן על ידי Kor Ecologic, הוא שני מושבים שמתנשא לגובה של 200 מיילים לגלון בעלות משוערת של כ- 20,000 $, והוא מיוצר כולו על ידי הדפסת תלת מימד..

5. שימוש אישי
אנשים יוכלו להדפיס תכשיטים, מוצרים לבית, צעצועים וכלים בהתאמה אישית לכל גודל, צורה או צבע שהם רוצים, וכן יוכלו להדפיס חלקי חילוף בבית, במקום להזמין אותם ולחכות למסירתם. . על פי חברת המחקר אסטרטגיה אנליטיקס, הדפסת תלת מימד ביתית עשויה להתפתח לתעשייה של 70 מיליארד דולר בשנה עד שנת 2030.

מדפסות תלת מימד למזון עשויות אף לפתור סוף סוף את הבעיה של להביא ילדים לאכול את הירקות שלהם, שכן להורים תהיה היכולת לעצב אותם לכל מיני צורות. אולי אפשר לשכנע פעוט פינקי לאכול נבטי בריסל אם היו מוכנים בצורת דינוזאור.

מכשולים להדפסת תלת מימד

אמנם ההבטחה של מדפסות תלת מימד היא משמעותית, אך יש מכשולים לא פחות חשובים שיש להתגבר עליהם לפני שהיא תגיע לציפיותיהם של תומכי התעשייה.

1. היעדר מדפסות צרכנים פשוטות וזולות
למדפסות תלת מימד הנמכרות בפחות מ -1,000 דולר יש יכולת מוגבלת, יכולות להיות קשות לתפעול, עשויות להיות לא אמינות ועשויות לדרוש הרכבה ידנית לשימוש. אמנם בסופו של דבר יתגברו על ליקויים אלה, אך יתכן שיידרשו ניסויים וטעויות וזמן רב לפני שתהיה זמינה של מודל צרכני בר השגה.

מאמר משנת 2013 באסטרטגיה + עסק מציין כי "לא משנה כמה זול מדפסת תלת מימד, מפעל ייצור ימשיך להציע כלכלות בקנה מידה בחומרי הגלם להדפסת החפץ." המאמר מתלבט גם אם צרכן ישתמש במדפסת תלת מימד בבית להכנת מזלג או שחמט מפלסטיק אם הוא או היא יוכלו לקנות אותו מהוולמרט המקומי..

2. חוסר בחומרים מתאימים להדפסה
מדפסות הזמינות כיום במחירי צרכנים (2,500 $ ופחות) מסתמכות על טכנולוגיית דוגמנות התמזגות התמזגו ופלסטיקה PLA ו- ABS. חומר זה אינו יציב ומוגבל בשימושיות. מומחים מאמינים כי הדור הבא יצטרך להשתמש בחומרים מרוכבים ומתכות, אם זה יהיה שימושי לצרכן הממוצע.

מאמר משנת 2014 שפורסם בכתב העת The Telegraph בבריטניה מגיח את חסידיו של הטכנולוגיה החדשה שמכריזה על עתידים כה גדולים ומציין כי אפילו מדפסות תלת מימד ביתיות מצליחות "יוצרים דגמים שנראים כאילו נותרו על הרדיאטור כמה שעות." הכותב ממשיך ומציין שלמרות שהכול טוב מאוד להעלות חלקי נשק לאינטרנט, אך ללא אמצעים לעשות מתכת (מדפסות תלת מימד של צרכנים בעלי יכולת עדיין אין), "סביר יותר שתוריד את היד שלך מאשר תירה כדור. "

3. צורך בידע בתכנון CAD
בעוד שקבצים הניתנים להורדה עבור אובייקטים שונים זמינים באתרים כמו Thingiverse ו- Shapeways, הם בדרך כלל טכניים ואולי אינם תואמים לכל מדפסת תלת מימדית. בגלל ההייפ השיווקי סביב המדפסות, יתכן שהם מתוארים כקלים יותר לתפעול מחוויית המשתמשים בפועל.

טום מיקס, תורם לבלוג משתמשי מדפסות התלת מימד, מציין את ההקבלה בין מדפסות תלת מימד למערכת ייצור הקפה של Keurig ואת החשיבות של עיצוב צרכני וקלות השימוש, ומציין שלקח לקוריג 16 שנים להשיג את הסכמת השוק שיש לה כיום. ויש להכיר בכך שיש הרבה יותר שותי קפה מאשר משתמשים פוטנציאליים במדפסות תלת מימד. מומחי שיווק מאמינים כי המדפסות חייבות להיות פשוטות להפעלה כמו מדפסות לייזר או מטריצת נקודות רגילות, אם הם ימצאו הסכמה רחבה..

4. איטי, מבולגן ומסוכן בעל פוטנציאל
המדפסות הן איטיות מדי לייצור המוני, למרות שהן מושלמות לחפצים יחידים מסוגם או מורכבים ויקרים. החומרים המשמשים ופליטתם במהלך השימוש, בעיקר אבקות, יכולים להיות מבולגנים ורעילים שעלולים להיות רעילים. לבסוף, מדפסות תלת מימד נוכחיות המשתמשות בפלסטיק PLA פועלות בטמפרטורות גבוהות מאוד (220 עד 230 מעלות). למרות שבעיות אלה אינן ניתנות לעלות על הדעת, הן ייקח זמן והשקעה כדי להתגבר עליהן.

מילה אחרונה

לא ידוע אם למדפסות התלת מימד ישפיעו על הטלוויזיה, המחשב או הטלפון הנייד כצפוי על ידי תומכיה. ככל שהטכנולוגיה מתפתחת, האפשרויות והיתרונות הם אינסופיים. בהחלט מדובר בטכנולוגיה שצרכן חריף יהיה מודע ומוכן לשימוש כשהוא מתבגר והופך למוצר צריכה..

מה אתה חושב? האם אתה מעוניין להחזיק מדפסת תלת ממדית?