Eltört a cipőkanál és nincs kedvünk újat venni? Nem jó egy fontos alkatrész, de csak a tengerentúlról lehet beszerezni? Nyomtassuk ki! A 3D nyomtatókat - melyek előbb-utóbb a legtöbb háztartásban mindennaposak lesznek - még a Mézga család is megirigyelhetné (és még az üvegest sem kell kihívni minden héten)! Azonban nincs megállás,  már itt a 4D nyomtatás is! Elképesztő technika és hihetetlen jövő….

A 3D nyomtatás kezdetei, az eljárás lényege

A 3D nyomtatás először 1955-ben vetődött fel az MIT két doktorandusza, Jim Bredt és Tim Anderson fejében. Egy tintasugaras nyomtatót alakítottak át úgy, hogy ne tintát fecskendezzen papírra, hanem rétegeket olvasszon egymásra, és ezáltal térbeli objektum keletkezzen. 

Többen, hosszú évekig kísérleteztek a megfelelő eljáráson. Végül Chuck Hull volt az, aki 1984-ben megalkotta, majd 1986-ban szabadalmaztatta az első 3D nyomtatót, egy olyan szerkezetet, amely digitális adatok alapján hozott létre fizikai tárgyakat. Ez az újfajta technológia 1989-ben került nyilvánosságra a Good Morning America című tévéműsorban. A 3D nyomtatók az 1990-es évek elejére váltak piacképessé, fejlődésük azóta is megállíthatatlan

Chuck Hull 1984-ben létrehozott 3D nyomtatója

Chuck Hull

A 3D nyomtató bemutatása a Good Morning America című tévéműsorban:

Mielőtt kinyomtatnánk valamit 3D-ben, először meg kell tervezni az erre kifejlesztett animációs, illetve modellező szoftverekkel. Ha egy meglévő dolgot szeretnénk újra létrehozni, be kell olvasni a számítógépbe egy 3D szkenner segítségével. A nyomtató a tárgyat egymásra illeszkedő rétegekből hozza létre, a módszerrel szinte bármilyen alakzat létrehozható, persze a méret fontos befolyásoló tényező.

Típusok

A 3D nyomtatók 4 főbb típusra különíthetők el: 

Sztereolitografikus nyomtatók (SLA): Ezek voltak az első 3D nyomtatók. UV-fény segítségével szilárdítják meg szeletről szeletre a folyékony fotopolimert.

Egy SLA típusú 3D nyomtató

Olvasztott huzallerakásos eljárás (FDM): a nyomtató felforrósított műanyag huzalokat rak egymásra, amik maguktól megszilárdulnak.

Egy FDM típusú 3D nyomtató

Szelektív lézerszinterezés (SLM): műanyag- vagy fémporból rétegeket épít fel, amelyeket aztán lézer olvaszt össze.

Egy SLM típusú 3D nyomtató

Binder Jetting: ragasztóanyaggal kötik meg a por állagú alapanyagokból felépülő rétegeket.

Egy Binder Jetting típusú 3D nyomtató

A 3D nyomtatásban számos lehetőség rejlik, szinte minden területen használható az orvostudománytól kezdve az űrkutatásig.

Önagát nyomtató nyomtató

Adrian Bowyer, a University of Bath kutatója, 2004 februárjában állt elő azzal az ötlettel, hogy legyen egy olyan 3D nyomtató, amely képes önmagát sokszorosítani, sőt, akár tudjon saját magánál fejlettebb verziókat is előállítani. 2005-ben elindította RepRap nevű projektjét, és 2008-ban piacra dobta Darwinnak keresztelt önreprodukáló 3D printerét. 

Adrian Bowyer és a Darwin nevű 3D nyomtatója

A videón egy fiatalembert láthatunk, ahogy kinyomtat és felépít egy másik nyomtatót: 

Orvostudomány

A sebészet számára komoly segítséget nyújthat a 3D nyomtatás. A bonyolultabb műtéteknél az operálandó szervek pontos anatómiai viszonyai, térben is lemodellezhetőek, kézzel foghatóvá válhatnak. 2011-ben a német Fraunhofer Intézetnek sikerült szervátültetéshez használható mesterséges eret kinyomtatni.

Fraunhofer Intézet által 3D nyomtatással létrehozott szervátültetéshez használható mesterséges ér

Az 3D eljárással létrehozott protézisgyártás szintén ígéretes terület, hiszen idővel egyre inkább testre szabható lesz. Ezzel fizikailag és lelkileg is sokat segíthetnek a pácienseken.

Eric Mogernél néhány éve rákot diagnosztizáltak, ezért arcának egyik felét szinte teljesen el kellett távolítani. Nem tudott sem enni, sem beszélni, arcának torzsága mélyen megviselte, komoly depresszióval küzdött. Egy szájsebész-specialista segített a férfin, arcának ép felét digitális szkennelés segítségével lemodellezte, és 3D nyomtató segítségével szilikonprotézist készített számára. Az arcpótlás, melyet nappal mágnesek tartanak össze, éjszaka levehető. Száj-implantátum is készült a férfi számára, így újra képes lett enni és beszélni is.

Eric Mogern és párja

Amikor megszületett April és Bryan Gionfriddo kisfia, Kaiba, még egészségesnek tűnt. Azonban hat héttel később problémák adódtak a baba légzésével, bekékült és kórházba került. Kiderült, hogy egy ritka betegségben szenved, légcsöve annyira gyenge, hogy nem jut levegő a tüdejébe. A University of Michigan kutatói újszerű megoldást választottak, hogy megmentsék Kaiba életét. 3D nyomtató segítségével olyan sínt gyártottak, ami tökéletesen illeszkedett a gyerek légútjába, folyamatosan nyitva tartva azt. A mesterséges légcsövet, olyan anyagból gyártották, hogy három év múlva felszívódjon. A kisfiú addigra már önállóan is fog tudni lélegezni.

Kaiba és édesanyja

2012-ben egy 83 éves belga nő, krónikus csontfertőzése miatt kapott 3D nyomtatással létrehozott, titánium-ötvözetből készült áll-implantátumot. A műtét után nem sokkal már beszélni is tudott az idős hölgy. Az állpótlás azért különleges, mert az izmok megtapadására, valamint az új erek és idegek növekedésére alkalmas mélyedéseket és barázdákat is kialakítottak rajta.

3D nyomtatóval készült állkapocs-implantátum

3D eljárással készülnek művégtagok, nem csak emberek, hanem állatok számára is. Buttercup, texasi kacsa, hátrafordult bal lábbal született. Az állat testrészét amputálni kellett.  A gazdája a nashville-i NovaCopyhoz fordult, hogy járóképessé tegye a sérült madarat. Beszkennelték Minnie, Buttercup testvérének bal lábát és néhány óra alatt elkészült a művégtag.

A kutatók még dolgoznak a mesterséges szervek létrehozásán, viszont őssejtek nyomtatásával már értek el eredményeket. 

A Cornell University kutatóinak sikerült műfület nyomtatniuk. Az ehhez szükséges kollagént patkányokból, a porcokat tehenekből vették. A tudósok azt remélik, hogy így segíthetnek a ritka, veleszületett füldeformálódástól szenvedő gyerekeknek.

Az égési sérültek számára gyógyír lehet 3D nyomtatással létrehozott mesterséges bőr, melyet a  University of Toronto kutatói készítettek el. Ezzel kiküszöbölhetőek lennének a fájdalmas szövetpótlási eljárások, ráadásul mindez nagyon olcsón megoldható az eljárás egyszerűségéből kifolyólag.

3D nyomtatással készült mesterséges bőr

3D toll

Hamarosan mindenki számára hozzáférhető lesz az a 3D nyomtató toll, mely a 3Doodler nevet kapta. Ezzel a 2013 februárjában kifejlesztett kütyüvel, a művészi hajlammal megáldott felhasználók is kiélhetik alkotókedvüket.

Ruhanyomtatás

Már ruha is készíthető 3D nyomtatóval, bár még fogyasztói felhasználása várat magára. Ha az ipari tervező, Joshua Harris elképzelése megvalósul, akkor a jövőben akár otthon is nyomtathatjuk ruháinkat. A készülék úgy működne, hogy az általunk kiválasztott tervet online megvásárolnánk és beszerezve a nyomtatóanyagokat, már nyomtathatnák is amit viselni szeretnénk. Ha egy ruhadarab nem tetszik, akár vissza is rakhatjuk majd a gépbe, hogy változtassunk rajta, a szerkezet ráadásul kiválthatná a mosó és szárítógépeket is. 

A gép, ami képes lenne ruhát nyomtatni, mosni és szárítani is

A nyomtatott ruha a divatvilágba is beférkőzött, Iris van Herpen holland tervező 3 D printeléssel készített ruhákat mutatott be 2013 januárjában a Párizsi Divathéten. 

Ételkészítés

A NASA azzal bízta meg a Systems and Materials Research nevű texasi cég kutatóit, hogy fejlesszenek ki olyan nyomtatót, amivel ételt lehet készíteni az űrutazásokhoz. Ha beválik a technológia, akkor akár a világ szegényebb részeinek élelmezése is megoldható lesz. Az alapanyag ételpor lenne, ami akár 15 évig is elállhatna.

Az édesszájúak örömére már lehetséges a csokoládé előállítása 3D nyomtatóval:

Autóipar

A világ első teljes mértékben 3D nyomtatóval készített autóját 2010 novemberében mutatták be. Az Urbee névre keresztelt hibrid jármű a Stratsys és a Kor Ecologic együttműködésének köszönhető. A jármű 1 liter üzemanyaggal autópályán 85 kilométert képes megtenni, városban ennek felét. A szakemberek jelenleg is dolgoznak az Urbee 2 nevű továbbfejlesztett változaton. 

A 3D nyomtatókat az autógyárak is elkezdték alkalmazni, mivel áruk csökkenő tendenciát mutat. A Ford tesztautóinak féktárcsája, hátsó tengelye és hengerfeje már ezzel a technológiával készül. Bebizonyosodott, hogy megérte befektetni, mert egyes gyártási folyamatok így hónapokkal rövidültek meg. A Ford elképzelhetőnek tartja, ha a 3D nyomtatás mindenki számára elérhető lesz, akkor az autótulajdonosok saját maguknak fogják majd kiprintelni a kicserélendő alkatrészeket.

Repülőgépgyártás

A 3D nyomtatást a repülőgépek gyártásában is igyekeznek felhasználni, szakemberek úgy vélik, hogy hamarosan az alkatrészek tervezésének 50%-át ezzel a technikával fogják végrehajtani. 

Az első 100%-ban nyomtatott repülőt 2011-ben készítették el a Southampton egyetem mérnökei. A 2 méter fesztávolságú, távirányításos, SULSA nevű szerkezet 160 km/h sebességre képes. 

Úgy tűnik Kína vezet a repülőgép alkatrészek gyártása terén, mivel azokat már képes titánból kinyomtatni. Ezt 2013 májusában jelentette be az AVIC Laser, melynek fő célja a hadiipari termelés modernizációja. Ezzel a technológiával vadászgépek, lopakodó és teherszállító repülők készülnek. A Kínai Észak-Nyugati Műszaki Egyetem 5 méter hosszúságú titán tartóelemeket nyomtatott civil utasszállítók számára, sorozatgyártásukra 2016-ban kerül majd sor.

Bastian Schaefer, az Airbus szakembere olyan tervet készített, ami várhatóan 2050-re megvalósítható lesz. Szeretné elérni, hogy hangár méretű 3D nyomtatókkal lehessen létrehozni repülőgépeket. Az ilyen közlekedési eszközök tere öntisztító lenne, levegőjük antioxidánsokkal dúsított, a székek alkalmazkodnának az utasokhoz.

Épületek nyomtatása

A világ első nyomtatott épülete valószínűleg 2014-re fog elkészülni Hollandiában. Meglehetősen furcsa alakját, a tervező, Janjaap Ruijssenaars azzal magyarázta, hogy a tengerpart végtelenségét akarja érzékeltetni. Az amszterdami Universe Architecture munkatársai 6 x 9 méteres darabokat nyomtatnak ki egy óriási nyomtatóval.

Ilyen lesz a világ első nyomtatott épülete 2014-ben

Ha Behrokh Khoshnevis a Dél-Kalifornia Egyetem mérnökprofesszorának terve megvalósul lehetséges lesz egy házat 20 óra alatt felépíteni, pontosabban kinyomtatni óriási 3D printerrel. Ez egy meglehetősen költséghatékony eljárás lenne, hatalmas segítséget nyújthatna a harmadik világ és a katasztrófa sújtotta területek számára. Ráadásul így a Holdra vagy a Marsra is könnyebben le lehetne telepedni a jövőben.

Nyomtatás a világűrben 

A NASA 2014 őszére tervezi, hogy 3D nyomtatót küld a Nemzetközi Űrállomásra, így nem kellene annyi alkatrészt és szerszámot magukkal hozniuk az űrhajósoknak, hanem a helyszínen is előállhatnák azokat.

A NASA 2020-ra azt is tervbe vette, hogy Tethers Unlimited-el karöltve űrhajókat fog gyártani a világűrben nyomtatókkal. Ennek azért lenne óriási előnye, mert így a mostaninál jóval nagyobb űreszközök épülhetnének, mivel nem akadályozná azokat a Föld gravitációja.

A NASA és a Tethers Unlimited űrhajókat és űreszközöket nyomtatna a világűrben 2020-tól

Nyomtatás 4D-ben??

S ha mindez nem lenne elég, 2013 februárjában, a Los Angeles-i TED konferencián, Skylar Tibbits, az MIT kutatója bejelentette, hogy itt a 4D nyomtatás! Ezzel a technológiával, a 3D nyomtatóval létrehozott tárgy programozhatóvá válik, „életre kel”. Az objektum kinyomtatása után, az képes lesz megváltoztatni a formáját, ami időbe kerül. A plusz egy D tehát az időt jelenti. Tibbits állítását egy kísérlettel bizonyította. Vízbe tettek egy műanyag darabot és az elkezdte felvenni előre meghatározott formáját. Még rájuk vár az a feladat, hogy rájöjjenek, miképp indíthatná be a folyamatot más energiaforrás is, például a rezgés, a hő vagy a hang. A 4D-vel hatalmas távlatok nyithatók meg, például vízvezetékeket lehetne telepíteni vele vagy házak készülnének el maguktól.

Vajon mit fognak még kitalálni a jövő kutatói? Várhatóan még ennél is elképesztőbb dolgokat….