Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Η τρισδιάστατη εκτύπωση, (που στην πραγματικότητα σημαίνει κατασκευή αντικειμένων), είναι μια τεχνική η οποία μας επιτρέπει να κατασκευάσουμε οποιοδήποτε αντικείμενο θέλουμε, αρκεί να το σχεδιάσουμε τρισδιάστατα πρώτα, με ένα πρόγραμμα CAD, και ήρθε για να καλύψει την ανάγκη των ανθρώπων για κατασκευή αντικειμένων, βιομηχανικής ποιότητας και ακρίβειας, χωρίς τη χρήση κάποιας μήτρας ή καλουπιού και χωρίς την ανάγκη στησίματος μιας γραμμής παραγωγής.

Αυτός ο όρος ‘εκτύπωση’ λοιπόν, είναι μάλλον αδόκιμος, αφού το 3D printing, μόνο εκτύπωση δεν είναι. Θα μπορούσαμε να πούμε πως στο μόνο που μοιάζει με εκτύπωση, είναι στον τρόπο που το υλικό ‘πέφτει’ επάνω στην επιφάνεια, μιας και γίνεται και αυτό με την τεχνολογία ‘inject’, (ψεκασμός}. Πόση σχέση μπορεί να έχει όμως, ο ψεκασμός μελάνης επάνω στο χαρτί, με τον ψεκασμό κάποιου πολυμερούς πλαστικού, σε στρώσεις, για να δημιουργηθεί ένα 3D αντικείμενο, αυτό είναι μια άλλη ιστορία!!!

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Βέβαια η αγορά ενός τέτοιου εκτυπωτή, όπως προείπαμε, δεν αρκεί. Απαραίτητη προϋπόθεση για τη λειτουργία του, είναι η σχεδίαση μέσω κάποιου προγράμματος CAD, όπως το γνωστό AUTOCAD, που χρησιμοποιείται ευρέως από αρχιτέκτονες, μηχανολόγους, designers, σχεδιαστές ηλεκτρονικών και άλλους. Αυτό δε σημαίνει ότι είναι μια δύσκολη εφαρμογή, αντίθετα, παρά το γεγονός ότι κάνει τόσα πράγματα σαν εφαρμογή και χρησιμοποιείται από επαγγελματίες, η λειτουργία του μαθαίνεται πολύ εύκολα. Υπάρχουν πάντα βέβαια και οι εύκολες λύσεις. Στο διαδίκτυο μπορείτε να βρείτε πληθώρα έτοιμων σχεδίων, από site όπως το Thingiverse, ή ακόμα και να παραγγείλετε, γιατί υπάρχουν άνθρωποι που τους παραγγέλνετε ένα σχέδιο και με μια μικρή αμοιβή, το σχεδιάζουν για λογαριασμό σας και σας το αποστέλλουν με ηλεκτρονικό ταχυδρομείο!

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Στην Αθήνα υπάρχουν μάλιστα δυο κατάστημα, (δυο ξέρω εγώ!), το ‘fixers.gr‘ και το ‘3D PRINTERS GREECE‘ τα οποία πουλάνε εκτός από τρισδιάστατους εκτυπωτές, σχέδια στα μέτρα σας, υλικά, αλλά και για όσους δεν θέλουν να ασχοληθούν, κατά παραγγελία, τυπωμένα κομμάτια.

Στην Αμερική, (πού αλλού), έχει ξεσπάσει ήδη μεγάλος θόρυβος, για το site κάποιου ακτιβιστή, το ‘DEFENSE DISTRIBUTED‘ το οποίο πουλάει σχέδια για κατασκευή όπλων!!! Τα οποία όπλα μάλιστα επειδή κατασκευάζονται από ρητίνες και διάφορα άλλα ειδικά πολυμερή πλαστικά, δεν είναι καν ανιχνεύσιμα από τα μηχανήματα τύπου ‘X RAY’, αεροδρόμια κλπ.

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Ένα άλλο αξιοσημείωτο, που όμως τελικά είναι φυσική εξέλιξη, είναι η πτώση των τιμών. Ενώ πριν από 2 χρόνια οι τιμές ξεκίναγαν από 2000 € περίπου, σήμερα μπορεί κάποιος να αγοράσει έναν τέτοιο εκτυπωτή, για κατασκευή αντικειμένων 50 x 50 cm περίπου, με όχι περισσότερα από 500 €

Ιστορία και εξέλιξη των 3D Printer

Είπαμε πως οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές στηρίζονται στη λειτουργία των InkJet εκτυπωτών, με τη διαφορά, ότι αντί να εγχύουν μελάνι επάνω σε χαρτί, αυτοί εγχύουν κεραμικά, πολυμερή πλαστικά, και μέταλλα ή γυαλί, (σε ειδικές περιπτώσεις). Η κεφαλή του εκτυπωτή, κινείται οριζοντίως και σε κάθε διαδρομή ΄στρώνει’ μια ποσότητα υλικού, επάνω στη βάση. Μέχρι να κάνει το επόμενο πέρασμα, η προηγούμενη στρώση, έχει στερεοποιηθεί. Τα αλλεπάλληλα περάσματα, προσθέτουν ολοένα και περισσότερο υλικό, έως ότου το αντικείμενο φθάσει στο μέγεθος που επιθυμούμε. 

Αυτός ο τρόπος ίσχυε από την αρχή (1984) όταν δηλαδή η ‘3D Systems‘ παρουσίασε τον πρώτο 3D εκτυπωτή, κατασκεύασμα του Charles Hull, ενός επιστήμονα που εργαζόταν στην εν λόγω εταιρεία και ήταν επί κεφαλής του προγράμματος ανάπτυξης του.

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Ο ίδιος στηρίχθηκε στην ιδέα της στερεογραφίας, για να υλοποιήσει την ιδέα του, μιας και η στερεογραφία ήταν δική του πατέντα και είχε δείξει τον δρόμο του ξεπεράσματος των δύο διαστάσεων, όσον αφορά την εκτύπωση, μέσω υπολογιστή.

Ο Dr. Andrian Bowyer το 2005 κατασκεύασε τον πρώτο 3D εκτυπωτή, ό οποίος ήταν σε θέση να αναπαράγει μόνος του τα κομμάτια από τα οποία αποτελείτο, και άρα να αναπαράγει τον εαυτό του!!!

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Θα μπορούσαμε όμως γενικά να πούμε πως οι μόνες εξελίξεις στο συγκεκριμένο επίτευγμα, είναι η μεγαλύτερη ποικιλία των υλικών, που χρησιμοποιούνται πλέον για την κατασκευή 3D αντικειμένων, η μαζική παραγωγή τους και η πτώση των τιμών. Η τεχνολογία εκτύπωσης παραμένει η ίδια.

Σχεδίαση 3D αντικειμένων, στον υπολογιστή

Για να εκτυπώσουμε οτιδήποτε, σε αυτές τις συσκευές, απαραίτητη προϋπόθεση είναι πρώτα να το έχουμε σχεδιάσει στον υπολογιστή μας, με κάποια εφαρμογή που επιτρέπει τρισδιάστατη σχεδίαση. Η πιο διαδεδομένη εφαρμογή τύπου CAD, (Computer-Aided Design) είναι το Autodesk Autocad. To autocad μπορεί να παράξει σχέδια τρισδιάστατου μοντέλου, ακόμα και με δυνατότητα προσομοίωσης. 

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Η μόνη διαφορά από όποιο άλλο σχέδιο που δημιουργούμε στο autocad, είναι πως όταν τελειώσουμε τη σχεδίαση, θα πρέπει να μετατρέψουμε το αρχείο, σε μορφή G-code. Αυτό δε γίνεται από παραξενιά του κατασκευαστή, να ακολουθήσει το συγκεκριμένο πρωτόκολλο, αλλά προκύπτει από την ανάγκη, να ‘σπάσει’ το σχεδιασμένο αντικείμενο, σε οριζόντια τμήματα, ώστε να μπορεί η συσκευή να διαβάζει το αντικείμενο, ανά στρώση, ώστε να μπορεί να εγχύει και ανά στρώση το υλικό. Πρέπει δηλαδή να ταυτιστεί ο τρόπος ανάγνωσης, με τον τρόπο λειτουργίας.

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Τρισδιάστατη σάρωση

Εναλλακτικά μπορούμε αντί να σχεδιάσουμε από την αρχή, ένα αντικείμενο, να το σαρώσουμε (εφ όσον υπάρχει και το έχουμε στα χέρια μας), με ένα τρισδιάστατο scaner. Αυτού του είδους τα scaner, σαρώνουν το αντικείμενο και το εισάγουν στον υπολογιστή, σαν τρισδιάστατο σχέδιο, έτοιμο για εκτύπωση.

Χωρίζονται σε δυο βασικές κατηγορίες, ανάλογα με τη μέθοδο σάρωσης που χρησιμοποιούν. Η μια κατηγορία είναι τα scaner επαφής, όπου τα scaner διαθέτει αρθρωτούς βραχίονες (με πλήρη ελευθερία κίνησης), οι οποίοι βραχίονες αγγίζουν το αντικείμενο και στη συνέχεια το αποτυπώνουν, αφού έχουν μετρήσει όλες τις αποστάσεις και τις γωνίες, μέσω των αισθητήρων που διαθέτουν στην άκρη του κάθε βραχίωνα. 

Η άλλη μέθοδος, είναι αυτή της καθυστέρησης διάδοσης και επιτυγχάνεται μέσω ενός laser, το οποίο στέλνει δέσμες φωτός, προς το αντικείμενο και μετρώντας το χρόνο επιστροφής τους, αντιλαμβάνεται και αποτυπώνει το σχήμα και το μέγεθος του αντικειμένου. Λειτουργεί δηλαδή ακριβώς όπως το κλασικό βυθόμετρο, που με τη μέθοδο της καθυστέρησης επιστροφής, υπολογίζει το βάθος και ταυτόχρονα αποτυπώνει και το ανάγλυφο του βυθού.

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Και οι δυο μέθοδοι όμως έχουν το μειονέκτημα ότι δεν μπορούν να αποτυπώσουν το εσωτερικό μέρος ενός αντικειμένου, αλλά μόνο το εξωτερικό, πράγμα που φέρνει δυσκολία στην αντιγραφή, περισσότερο σε αντικείμενα με κινητά μέρη πολλών τεμαχίων. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί όμως σαν απαρχή για να εισάγουμε κατόπιν το σχέδιο σε κάποιο CAD και να το επεξεργαστούμε περαιτέρω, αποφεύγοντας ένα μεγάλο κομμάτι σχεδίασης.

Μέθοδοι εκτύπωσης

Στερεολοθογραφία: Η μέθοδος αυτή που είναι και η αρχαιότερη, επινοήθηκε από τον Charles Hull, όπως είπαμε και πιο πριν, και λειτουργεί με τον εξής τρόπο: Μια πλατφόρμα, βυθίζεται μέσα σε μια δεξαμενή, η οποία περιέχει υγρή ακρυλική ρητίνη. Στη συνέχεια περνά από πάνω ένας βραχίονας, όπου στην άκρη του βρίσκεται η κεφαλή του laser. Το laser κινούμενο οριζόντια και κάθετα, εκπέμπει μια υπεριώδη ακτίνα, η οποία στερεοποιεί τη ρητίνη. Μετά το πρώτο πέρασμα η πλατφόρμα υποχωρεί ώστε το ήδη στερεοποιημένο στρώμα να βυθιστεί ελάχιστα.  Αφού βυθιστεί, (οπότε καλύπτεται και πάλι από υγρό), το laser ξαναπερνάει από πάνω και στερεοποιεί την επόμενη στρώση, η οποία ενοποιείται με την από κάτω προηγούμενη. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται έως ότου ολοκληρωθεί το αντικείμενο. Στη συνέχεια το αντικείμενο πλένεται και καθαρίζεται από τυχών ατέλειες και σε κάποιες περιπτώσεις, ψήνεται σε ειδικό φούρνο, για καλύτερη σταθεροποίηση και αντοχή του υλικού.

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Fused Filament Fabrication (FFF) ή Plastic Jet Printing (PJP): Αυτή η μέθοδος επινοήθηκε από την RepRap project και σήμερα σχεδόν κυριαρχεί. Τα υλικά για τα οποία ενδείκνυται είναι το κερί το γυαλί και το μέταλλο. Λειτουργεί ως εξής: Το υλικό βρίσκεται σε καρούλι, υπό μορφή νήματος. Το νήμα περνάει από ένα θάλαμε πυράκτωσης και λειώνει. Το υγρό πλέον υλικό, περνά από μια κεφαλή η οποία είναι ρυθμισμένη σε κάθε χιλιοστό κίνησης, να αποθέτει συγκεκριμένη ποσότητα. Η κεφαλή κινείται οριζόντια και κάθετα, ώστε να καλύψει την πρώτη στρώση. Μόλις τελειώσει, περνά τη δεύτερη κ.ο.κ μέχρι να ολοκληρώσει την κατασκευή. Πολλές φορές, το υλικό μπορεί να χρειάζεται σταθεροποίηση, γι’ αυτό το λόγο, υπάρχει στο σύστημα και μια δεύτερη κεφαλή, η οποία εγχύει παράλληλα, ένα υλικό στερεοποίησης, το οποίο είναι διαλυτό στο νερό. Μόλις ολοκληρωθεί η κατασκευή, το αντικείμενο πλένεται και αφαιρούνται τυχών περισσεύματα.

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Laser Sintering (LS): Η μέθοδος αυτή υλοποιείται μέσω τριών βασικών στοιχείων της συσκευής, μιας βάσης, μιας δεξαμενής και ενός τυμπάνου ή αλλιώς κυλίνδρου. Το υλικό που χρησιμοποιείται για την υλοποίηση βρίσκεται σε μορφή σκόνης. Το υλικό βρίσκεται στη δεξαμενή και ανεβαίνει στη βάση με τη βοήθεια του κυλίνδρου. Από το ύψος στο οποίο βρίσκεται η βάση, εξαρτάται και το πάχος της κάθε στρώσης. Όταν ολοκληρωθεί από το laser το πρώτο πέρασμα, η βάση κινείται προς τα κάτω, ώστε να στρωθεί επάνω της το υλικό του δεύτερου περάσματος, κ.ο.κ μέχρι να ολοκληρωθεί το αντικείμενο. Το υλικό στερεοποιείται μέσω ενός καθρέπτη, από τον οποίο αντανακλάται η φωτεινή δέσμη του laser. Αυτή η μέθοδος, δεν λειώνει τη σκόνη (πρώτη ύλη), αλλά τη ζεσταίνει σε τέτοιο βαθμό ώστε να επιτυγχάνεται συγκόλληση των μορίων, και είναι η ενδεικνυόμενη όταν πρόκειται για κράματα μετάλλων. 

Laser Melting (LM): Είναι ακριβώς ίδια μέθοδος με την προηγούμενη, με τη μόνη διαφορά, ότι χρησιμοποιείται για δημιουργία καθαρών μετάλλων και όχι κραμάτων, ενώ η βασική διαφορά με την προηγούμενη είναι ότι, εδώ το υλικό δεν ζεσταίνεται, αλλά λειώνει, προκειμένου να γίνει ομοιογενές, μιας και το μέταλλο είναι καθαρό και όχι κράμα και άρα δεν υπάρχει κίνδυνος αν αλλοιωθεί η σύστασή του.

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Inktjet: Λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο που λειτουργούν και οι παραπάνω μέθοδοι, με τη μόνη διαφορά, ότι εδώ η κεφαλή επάνω στη σκόνη, αντί για δέσμη φωτός, εγχύει κόλλα, σαν υλικό σταθεροποίησης. Χωρίζεται σε δυο επί μέρους μεθόδους, την blinder jetting και την direct material jetting. Η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιεί κεφαλή πολλαπλού ψεκασμού και μαζί με την κόλλα, ψεκάζει και σταθεροποιητή. 

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Digital Light Processing (DLP): Αυτή η μέθοδος μοιάζει με τη στερεολιθογραφία, αφού η μοναδική διαφορά είναι το είδος του φωτός που επηρεάζει το υλικό. Εδώ έχουμε απλούστερη πηγή φωτός και όχι laser, πράγμα που σημαίνει μεγάλη οικονομία σε ενέργεια. Δεν είναι και η καλύτερη μέθοδος 3D εκτύπωσης, για οικιακή χρήση όμως και για χαμηλό επίπεδο απαιτήσεων ακρίβειας και φινιρίσματος, λόγω χαμηλού κόστους, προτιμάται από πολλούς.

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Laminated object manufacturing (LOM): Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για δημιουργία αντικειμένων με βάση το χαρτί. Πολλά φύλλα χαρτιού, προωθούνται και κόβονται από το laser, το ένα κατόπιν του άλλου, μέχρι να σχηματιστεί το αντικείμενο. Στο τέλος, ειδικά βερνίκια επιστρώνονται από πάνω, ώστε το αντικείμενο να γίνει ομοιογενές και ανθεκτικό.

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές

Πού χρησιμοποιούμε την τρισδιάστατη εκτύπωση

Ιατρική: Η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει βρει πρόσφορο έδαφος σε πάρα πολλούς τομείς, με πρώτο αυτόν της ιατρικής. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η κατασκευή προσθετικών μελών, όπου έχουμε το παράδειγμα του Jeremy, ενός Αμερικανού, o οποίος κατασκεύασε μόνος του ένα πρόσθετο μηχανικό νευροελεγχόμενο χέρι, για τον εαυτό του,με κόστος 50$, ενώ πρωτύτερα είχε αγοράσει το ίδιο χέρι από μια εταιρεία του είδους, με κόστος 42.000$.

Η βιομηχανία είναι ένας τομές που ήδη έχουν αρχίσει και γίνονται γρήγορα βήματα, με πιο χαρακτηριστικό αυτό της Local Motors, που κατασκεύασε ολόκληρο 3D αυτοκίνητο και μάλιστα πήρε και άδεια χρήσης από το αρμόδιο υπουργείο!!!

Τέχνη: Ακόμα και στην τέχνη έχει διεισδύσει, αφού πολλοί καλλιτέχνες κατασκευάζουν αντικείμενα τα οποία εκτός από πρωτοπορία και φαντασία, μπορούν πλέον να διαθέτουν και ακρίβεια και λειτουργικότητα, κάτι που έως σήμερα, για πολλές κατασκευές ήταν ανέφικτο. Αυτό βέβαια, υποστηρίζουν πολλοί, ότι αλλοιώνει το χαρακτήρα της, αφού σε μεγάλο βαθμό τη βιομηχανοποιεί. Όπως και να έχει όμως, μπορεί στο κομμάτι της υλοποίησης να είναι πράγματι έτσι, όμως εκείνο που παραμένει αναλλοίωτο σε κάθε περίπτωση, είναι η ιδέα και η φαντασία του καλλιτέχνη.

Όπλα και οπλικά συστήματα. Όπως ανέφερα και στην αρχή του άρθρου κάποιοι ήδη κατασκευάζουν όπλα, ή πουλάνε τα σχέδια για την υλοποίηση τους από όποιον το επιθυμεί. Το θέμα που απασχολεί όμως κάποιους στρατούς, είναι η παραγωγή κοντά στο πεδίο της μάχης, των οπλικών συστημάτων που χρειάζονται, ώστε και να καλύπτονται άμεσα, όσες ανάγκες προκύπτουν, αλλά και να αποφεύγονται περιττά έξοδα μεταφοράς.

Καθημερινότητα: Ακόμα η χρήση των 3D εκτυπωτών δεν είναι ευρέως διαδεδομένη, γιατί δεν είναι πολλοί εκείνοι που γνωρίζουν να σχεδιάζουν με κάποιο σχεδιαστικό πρόγραμμα τύπου CAD, όμως στο εγγύς μέλλον, σίγουρα θα υπάρξουν. Οι εταιρείες δε, που τα είδη τους μπορεί να κατασκευαστούν εύκολα από ένα τέτοιο printer, σίγουρα θα πουλάνε μέσω Internet,τα σχέδια, ώστε να υλοποιεί ο κάθε ένας μόνος του, το προϊόν τους. Το σίγουρο είναι πως θα ανοίξει ο δρόμος για μια νέα κατηγορία επαγγελματιών σχεδιαστών, οι οποίοι, είτε θα κατασκευάζουν κατά παραγγελία, είτε θα πουλάνε απλώς τα σχέδια, όπως το κατάστημα που ανέφερα στην αρχή του άρθρου, ‘fixers.gr‘, ώστε να υλοποιεί ο κάθε ένας την επιθυμία του, σε βάρος βέβαια πάντα, των βιομηχανιών και της μαζικής παραγωγής. Μπορεί και να φτάσουμε κάποια στιγμή, σε σημείο που ο κάθε ένας από εμάς να έχει τα δικά του μοναδικά πράγματα. Αυτό ίσως βοηθήσει, ώστε να αναπτύξουμε και πιο ισχυρές προσωπικότητες!!!

Πνευματικά δικαιώματα

Ακόμα το τοπίο δεν είναι ξεκάθαρο, αφού η τεχνολογία αυτή είναι σχετικά πολύ νέα και δεν έχει δείξει ακόμα κάποιος να θίγεται από αυτήν. Σίγουρα στο μέλλον θα υπάρξει νομικό πλαίσιο να καλύψει το κενό, αλλά κατά τη γνώμη μου, τίποτα δεν θα μπορέσει να σταματήσει κάποιον κάτοχο ενός 3D printer, από το να κατασκευάσει ό,τι θέλει. Νομίζω πως όσοι νόμοι και να ψηφιστούν, θα παραμείνουν στα χαρτιά και η κατάσταση θα γίνει όμοια με αυτή της πειρατείας των CD/DVD, εκτός και αρχίσει η Αστυνομία και μπαίνει αιφνιδιαστικά μέσα στα σπίτια, ώστε να ελέγχει μήπως έχει εκτυπώσει κάποιος παράνομα, ένα προϊόν!!!

Αν δεν έχετε ένα πρόγραμμα AutoCad στον υπολογιστή σας και θέλετε να εγκαταστήσετε, για να εκπαιδευτείτε, μπορούμε να το κάνουμε εμείς. Επισκεφθείτε το site μας, για να ενημερωθείτε και να βρείτε λύσεις.

Διαβάστε επίσης:

• Καθαρή εγκατάσταση windows 10 με format
• Ενεργοποίηση Windows 10, 8,1 και Office
• Picasa 3 Πρόγραμμα προβολής φωτογραφιών για τον υπολογιστή
• Προσθήκη και εγκατάσταση γλώσσας στα Windows 10
• Εγκατάσταση Media Center σε Windows 10

Αν σας αρέσουν τα άρθρα του PCpas.com μπορείτε να γραφτείτε συνδρομητές στην παρακάτω φόρμα και θα σας στέλνουμε στο e-mail σας ό,τι νέο υπάρχει. Μείνετε συντονισμένοι!!!

Αρχική  —  Δωρεάν προγράμματα

Τρισδιάστατη εκτύπωση ή 3D printing, χρήση και εφαρμογές