Tehnologija tridimenzionalnega tiskanja in dimenzije prihodnosti

Ko se je pred nekaj leti govorilo o tehnologiji treh dimenzij, so bile vse oči sveta – in to dobesedno, skozi posebna očala z rdečimi in modrimi lečami – uprte v filmska platna, s katerih se je razgrinjal domišljijski svet planeta Pandora in njenih trimetrskih modrih prebivalcev Na'vi. Avatar je bil glasnik novih časov v filmski in tudi televizijski industriji. Prodaja 3D-televizorjev je skokovito naraščala, vendar se trend ni obdržal in tudi zaradi nezadovoljivega tehnološkega napredka trenutno bolj kot ne veni. Po Samsungu sta letos kot zadnja s podporo tovrstni tehnologiji prenehala še južnokorejski LG in japonski Sony.

Podjetja lahko z novimi tehnologijami skrajšajo razvoj ene kritične komponente z dvajsetih na zgolj dva tedna in si s tem znižajo stroške za 92 odstotkov.

Sočasno je neka druga 3D-tehnologija, kar nekoliko skozi stranska vrata, stopila na pot razcveta, ki bi lahko po optimističnih ocenah analitske hiše McKinsey do leta 2025 prerasel v globalno industrijo, vredno skoraj 500 milijard dolarjev. Gre seveda za 3D-tiskanje, ki bi lahko dodobra spremenilo razvojne in proizvodne procese v širokem spektru industrij, sprva predvsem tistih, kjer kraljujejo nišni proizvodi z visoko dodano vrednostjo. Kako hitro in močno se na novo realnost pripravlja globalno gospodarstvo, kaže tudi napoved revizijske hiše PriceWaterhouseCoopers (PwC), da bodo industrijska podjetja leta 2019 samo za nakup 3D-tiskalnikov namenila 27 milijard dolarjev – trikrat več kot leta 2015.

Pexels

Tehnologija 3D-tiskanja oziroma aditivne proizvodnje podjetja poznajo že kar nekaj časa. V nekaterih si brez nje sploh ne morejo več zamišljati razvojnih procesov, tudi pri nas. V družbi Akrapovič denimo uporabljajo 3D-tiskalnike že skoraj desetletje, s podobnimi prijemi iščejo prihranke in konkurenčno prednost mnogi v avtomobilski industriji. Hiter razvoj prototipov s kombinacijo digitalnega dizajna in 3D-tiskanja lahko po oceni poslovne revije Harvard Business Review (HBR) prihrani veliko časa: »Podjetja lahko z novimi tehnologijami skrajšajo razvoj ene kritične komponente z dvajsetih na zgolj dva tedna in si s tem znižajo stroške za 92 odstotkov.« Tako ni presenetljivo, da je BMW pri luksuznem avtomobilu rolls royce phantom uporabil 3D-tiskalnike za razvoj kar 10.000 delov.

Danes so modeli zob digitalni, proizvodnja umetnih zob ali kron pa zgolj stvar pritiska na gumb 3D-tiskalnika.

Podobna je zgodba pri proizvodnji orodij. Če je orodjarsko podjetje nekoč potrebovalo povprečno 36 dni za izdelavo novega orodja, danes to lahko stori v dveh dneh. V kombinaciji s termoplastičnimi materiali so prihranki celo 99-odstotni, pišejo v HBR. Podatki za ZDA tako logično kažejo na izreden vzpon uporabe 3D-tiskalnikov v industriji. Danes jih v vsakdanjih poslovnih procesih uporablja že 70 odstotkov podjetij. A predvsem v razvoju. Delež podjetij, ki tako proizvajajo končne izdelke, je še vedno nizek, zgolj 6,6-odstoten. Toda kako dolgo še? PwC odgovarja, da bodo 3D-tiskalniki v ameriški industriji že v treh do petih letih prevzeli kar 42 odstotkov končne proizvodnje.

Pexels

Kot nalašč za človeške »rezervne dele«

Vselej ni bilo jasno, na katerem področju bo aditivna proizvodnja žela prve komercialne uspehe. Začetki v 80. in 90. letih prejšnjega stoletja so 3D-tiskalnike uvrščali zlasti na razvojne oddelke, napredek v tehnologiji in potreba po individualni obravnavi pa sta jih prestavila še v druge industrije, tudi medicino. Če lahko po računalniškem modelu 3D-tiskalnik poustvari manjkajoči del ušesa slavnega nizozemskega slikarja van Gogha, zakaj ga ne bi nekoč še živečemu človeku?

Raziskovalcem na Kitajskem je nedavno uspel velik preboj. Opici makaki so opravili transplantacijo žil. Zdi se kot znanstvena fantastika: »črnilo« v 3D-tiskalniku so bile izvorne celice, končni proizvod pa biosintetične žile, ki jih je bilo po enem mesecu tako rekoč nemogoče ločiti od pravih, s katerimi je žival odrasla. To je vsekakor dobra novica za ljudi, ki potrebujejo menjavo žil oziroma vgradnjo žilnih opornic; takih je danes več kot 150 milijonov. Po poročanju časnika Financial Times je sicer zahodna medicina pri raziskavah in uporabi 3D-tiskalnikov še nekoliko v zaostanku, verjetno tudi zaradi etičnih načel. Rusi so medtem s 3D-tiskalnikom denimo naredili mišjo ščitnico in z njo uspešno nadomestili pravo.

Zobozdravniki že stavijo na 3D

Danes so omenjeni primeri zgolj poskusi, vendar je njihova aplikativna vrednost po oceni strokovnjakov še kako resnična. Sprva bodo imeli koristi od tega predvsem premožnejši, z leti pa vsi, kajti cene bodo postale znosne, že samo zaradi uporabe izvornih celic pacienta, saj telo novih organov ne bo zavračalo.

BMW je pri luksuznem avtomobilu rolls royce phantom uporabil 3D-tiskalnike za razvoj kar 10.000 delov.

Proces 3D-tiskanja v medicini bo na dolgi rok cenejši, predvsem pa bolj ukrojen po potrebah pacientov, kar že danes s pridom izkoriščajo ortopedi, otorinolaringologi in seveda zobozdravniki. Economist poroča, da je 3D-tiskalnik dobil izredno pomembno vlogo v zobozdravstveni industriji, h kateri vsako leto prispeva na desetine milijonov zobnih kron, mostičkov in zobnih aparatov. Zlasti izdelava zobnih kron in implantatov je bila včasih delovno intenzivna in zato draga. Zobozdravniki so najprej vzeli odtis zoba, nato so zobotehniki pogosto iz voska oblikovali individualni model zoba, ga oblekli v keramiko in zatem zapolnili s kovino. Danes so modeli zob digitalni, proizvodnja umetnih zob ali kron pa zgolj stvar pritiska na gumb 3D-tiskalnika.

Pexels

Podoben razmah doživljajo druga področja v zdravstvu, po oceni analitske hiše Wohlers Associates, ki spremlja uporabo aditivne proizvodnje v medicini, je bilo od leta 2000 tako proizvedenih več kot 60 milijonov slušnih aparatov. Na tisoče ljudi hodi s pomočjo tridimenzionalno natisnjenih umetnih kolkov, novih kolen, nožnih protez, množice prežvekujejo s tako proizvedenimi čeljustmi iz titanija.

Nove možnosti za vojsko

In v prihodnosti bi prav lahko prežvekovali hrano iz 3D-tiskalnikov. Družba Dovetailed se je na primer domislila takega, ki iz tekočin in svežih sestavin ustvarja hrano. »Iz sestavin lahko naredite jagode s stepeno smetano v sredini. A bolj zanimivo se nam zdi ustvarjanje novih oblik in novih okusov,« je za Financial Times dejala ustanoviteljica podjetja Vaiva Kalnikaite.

Še precej večji potencial kot živilska ima vojaška industrija, kjer bi lahko 3D-tiskalniki postali ena od taktičnih prednosti med samimi spopadi. Vojske po svetu naj bi se tako že navduševale nad idejo aditivne proizvodnje neposredno za prvimi bojnimi linijami, ki bi omogočala hitro proizvodnjo rezervnih delov za orožje in drugo opremo. Prav na področju tridimenzionalnega tiskanja naj bi trenutno potekala prava oboroževalna tekma med ZDA in Kitajsko.

Veliki igralci obrambne industrije pa po drugi strani vidijo največje prednosti v hitrejšem in cenejšem razvoju. Lockheed Martin, velikan vojaške industrije, s 3D-tiskalnikom razvija in proizvaja dele satelitov iz titana. Razvojni cikel se je zaradi tega skrajšal za 43 odstotkov, stroški razvoja pa upadli skoraj za polovico. Drobovje enega najboljših letal iz proizvodnega programa te družbe, F-35, naj bi skrivalo najmanj osemsto delov, ki so jih natisnili 3D-tiskalniki.

Od preprostih plastičnih modelov s konca osemdesetih do »naprintane« pištole smo prišli v obdobje, ko postaja resnična krilatica Če lahko sanjaš, lahko tudi 3D-natisneš.

Pexels

TRETJE OKO: Bojan Zupan, direktor IB-Caddyja

3D-tisk prinaša razburljive čase

»3D-tiskalniki danes niso več bavbav, številni ga uporabljajo v službi, nekateri celo doma. Cene so padle, kakovost se je precej izboljšala, pojavljajo se novi postopki in novi materiali. Napredek je v zadnjih letih precejšen, napovedujejo pa še intenzivnejši razvoj. Vsem, ki se s tem ukvarjamo, se obetajo razburljivi časi, polni novosti.

Tridimenzionalni tisk je integralni člen tako imenovanih pametnih tovarn oziroma industrije 4.0, kjer so vključena še druga področja, kot so robotika, internet stvari, oblačne tehnologije, umetne inteligenca in rudarjenje po podatkih.

Toda ob vsem navdušenju nad prihajajočimi novostmi moramo kot družba razmisliti tudi o pasteh, ki jih te tehnologije prinašajo. Nekatera delovna mesta ne bodo več potrebna, nastala pa bodo nova, ki bodo izkoriščala te tehnologije. Pravočasno izobraževanje in prilagajanje bosta ključ do uspeha pri uvajanju teh tehnologij.«

Siemens natisnil, NEK uporablja

Tehnologija 3D-tiskalnikov je zaradi uporabnosti in prožnosti že uspešno integrirana v razvojne oddelke mnogo podjetij, vse bolj pa njeno uporabnost vidijo tudi v energetiki, kjer postaja Siemens eden vodilnih na svetu. Sploh prvi doslej je tridimenzionalno natisnil del za jedrsko elektrarno, in to za tisto v Krškem. »Jedrske elektrarne so posebne zaradi izredno strogih zahtev. Želeli smo dokazati, da je tehnologija 3D-tiskanja dovolj napredna tudi za najzahtevnejše uporabnike,« je pojasnil Aleš Prešern iz Siemensa. Drugi razlog je bolj praktične narave: »Proizvajalec originalnega dela iz leta 1980 ne obstaja več, prav tako nihče ne ve, kdo ga je zasnoval. Klasična metoda z oblikovanjem kalupa je zamuden in drag proces. Mi pa smo pomočjo fakultete za strojništvo, kjer so zrisali tridimenzionalni model vrtljivega dela obtočne črpalke za NEK, nov, izboljšan del proizvedli precej hitreje in ceneje.«

Siemens v svoji tovarni na Švedskem s 3D-tiskalniki izdeluje tudi plinske turbine. Dve se že vrtita v šoštanjski elektrarni, eno bodo vgradili v Brestanici. »Proces obnavljanja je bil nekoč dolgotrajen, turbino je bilo treba razstaviti in obnoviti 15 komponent. Obnovljena je bila pripravljena za uporabo šele po 45 tednih, medtem ko danes ta proces traja dva tedna,« Prešeren poudarja eno največjih prednosti 3D-tiskanja. Druga je možnost novega dizajna, ki ga s tradicionalnimi tehnikami ni bilo mogoče udejanjiti. Turbine z votlimi lopaticami in mrežasto notranjostjo omogočajo danes hitrejše hlajenje in s tem večji izkoristek, kar je za elektrarno, ki poganja turbine vselej do roba zmogljivosti, izredno pomembno.

Podobno bo izredno pomembno za naš vsakdanjik postalo 3D-tiskanje, ki bo po Prešernovi oceni v nekaj letih povzročilo selitev proizvodnje iz krajev s poceni delovno silo nazaj v razviti svet, kajti 3D-tiskalnik stane povsod enako. Čeprav še ni prav uporabnih idej, pa bo prišlo tudi v marsikateri dom. A še prej bi moralo priti v šolski sistem, saj zaradi novih možnosti zahteva drugačen način razmišljanja. Britanski otroci in mladina pri tehnološkem pouku na primer že spoznavajo 3D-tiskanje, kar bi morala postati realnost tudi pri nas.