2013-01-06 14:25:27
Η 3-D τεχνολογία εκτύπωσης που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τις τελευταίες δεκαετίες είναι έτοιμη να μπει δυναμικά και στη μαζική αγορά. Οι ατελείωτες και ταχέως αναπτυσσόμενες δυνατότητες της – από την επιχειρηματική παραγωγή ως τη δυνατότητα δημιουργίας ανθρώπινων οργάνων – θα μπορούσε να προκαλέσει την επόμενη βιομηχανική επανάσταση, γράφει το DER SPIEGEL.
Όταν η τηλεοπτική σειρά Star Trek παρουσίασε για πρώτη φορά την έννοια του αντιγραφέα (replicator), έμοιαζε με ένα όραμα που θα ερχόταν στους μελλοντικούς αιώνες. Οι αντιγραφείς, κάτι μεταξύ ενός υπολογιστή και ενός μίνι εργοστασίου, μπορούσαν να δημιουργήσει τρόφιμα και ανταλλακτικά από το τίποτα. Ήταν πολύ πρακτικές συσκευές, καθώς ο κάπτεν Κερκ δεν μπορούσε να πάρει μαζί του στο διάστημα πολλές προμήθειες. Αυτό το φουτουριστικό όραμα, όμως, τείνει να γίνει πραγματικότητα.
Η τεχνολογία του replicator στον αληθινό κόσμο είναι γνωστή ως 3-D εκτύπωση, αν και αυτός ο όρος είναι παραπλανητικός, δεδομένου ότι η διαδικασία έχει και μεγάλη σχέση με την εκτύπωση
. Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές μπορούν να είναι τόσο μικρό όσο μια βαλίτσα ή τόσο μεγάλο όσο ένας τηλεφωνικός θάλαμος, ανάλογα με το αντικείμενο που θα αναπαράγουν πιστά από ένα 3-D σχεδιάγραμμα υπολογιστή. Στο εσωτερικό της μηχανής, το προϊόν συναρμολογείται στοιβάζοντας εξαιρετικά λεπτές στρώσεις του υλικού στην κορυφή του, τη μία πάνω στην άλλη, περίπου σαν την επανασυναρμολόγηση ενός μήλου που έχει κοπεί σε εξαιρετικά λεπτές φέτες.
Ο ίδιος στόχος μπορεί να επιτευχθεί από πολλούς διαφορετικούς τεχνολογικούς δρόμους. Σε μία παραλλαγή, τα ακροφύσια ψεκάζουν υγρό υλικό σε στρώματα. Μια άλλη μέθοδος, η οποία παράγει ακόμη καλύτερα αποτελέσματα, στοχεύει ακτίνες λέιζερ σε κονιορτοποιημένο υλικό, με αποτέλεσμα οι κόκκοι του να συγχωνεύονται ακριβώς στο σημείο όπου χτυπά η δέσμη. Όλες οι 3-D τεχνικές εκτύπωσης, ωστόσο, ακολουθούν την ίδια αρχή: το αντικείμενο αναπτύσσεται ανά στρώματα, το καθένα από τα οποία έχει πάχος μόνο μερικά εκατοστά του χιλιοστού, μέχρι να αποκτήσει το επιθυμητό σχήμα. Αυτή η τεχνική μπορεί να εφαρμοστεί σε χάλυβα, πλαστικό, τιτάνιο, αλουμίνιο και πολλά άλλα μέταλλα.
Η συναρμολόγηση, το βίδωμα, η συγκόλληση – όλες αυτές γίνονται απαρχαιωμένες, καθώς ακόμα και τα πιο πολύπλοκα σχήματα μπορούν να παραχθούν από ένα μόνο μηχάνημα, χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική «χύτευσης». Το τελικό αποτέλεσμα μπορεί να είναι ένα τεχνητό ισχίο, ένα ακουστικό βαρηκοΐας, ένα κινητό τηλέφωνο, ειδικά υποδήματα ή ακόμη και ένα υβριδικό αυτοκίνητο Urbee.
Οι μηχανικοί της Ευρωπαϊκής Επιχείρησης Αεροναυτικής Άμυνας και Διαστήματος (EADS) έχουν χρησιμοποιήσει την τεχνική αυτή για να «εκτυπώσουν» ένα ολόκληρο ποδήλατο που χρειάζεται μόνο την προσθήκη ελαστικών και αλυσίδας για να είναι πλήρως λειτουργικό. Βρετανοί ερευνητές, εν τω μεταξύ, έχουν εκτυπώσει ένα μη επανδρωμένο όχημα. Τα τυπωμένα στοιχεία
χρησιμοποιούνται επίσης σε αγώνες της Formula 1 και στη NASA. Τα οδοντιατρικά εργαστήρια χρησιμοποιούν 3-D εκτυπωτές για την παραγωγή εμφυτευμάτων, ενώ οι γιατροί πειραματίζονται με τον τεχνητό ιστό της καρδιάς. Οι κινηματογραφιστές επίσης εκτυπώνουν μοντέλα animation και οι αυτοκινητοβιομηχανίες δημιουργούν ανταλλακτικά.
Μια αργή διαδικασία
Η εκτύπωση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων είναι ακόμα στα σκαριά. Η αμερικανική εταιρεία Xerox, για παράδειγμα, έχει αναπτύξει μια ασημένια μελάνη που λειτουργεί ως ηλεκτρικός αγωγός και μπορεί να τυπωθεί απευθείας πάνω σε πλαστικό ή άλλα υλικά, καθιστώντας δυνατή την ενσωμάτωση απλών κυκλωμάτων σε τυπωμένα αντικείμενα.
Δεδομένης της δυνητικά τεράστιας παγκόσμιας επίδρασης αυτής της νέας τεχνολογίας, είναι έκπληξη το γεγονός ότι μέχρι τώρα λίγες εταιρείες κυριαρχούν στην αγορά. Μαζί με τους αμερικανούς κολοσσούς 3-D Systems και Stratasys, περίπου 10 γερμανικές εταιρείες παρέχουν αυτή την τεχνολογία, κάποιες από τις οποίες είναι ηγέτες στην κατηγορία τους, όπως η Eos Concept και η Laser. Οι γερμανικές εταιρείες θεωρούνται ηγέτες, ειδικά όταν πρόκειται για την 3-D εκτύπωση των μετάλλων.
Οι δυνατότητες σε αυτό τον τομέα είναι θεωρητικά απεριόριστες, δεδομένου ότι σχεδόν οποιοδήποτε αντικείμενο μπορεί να εκτυπωθεί με ακριβή ψηφιακά δεδομένα. Οι περισσότεροι από αυτούς τους εκτυπωτές μετατρέπονται για βιομηχανική χρήση, σε μαζικές μηχανές που μπορεί να κοστίζουν 1.000.000 ευρώ ή περισσότερα, αλλά υπάρχει επίσης μια αυξανόμενη ερασιτεχνική σκηνή από χομπίστες που εκτυπώνουν παιχνίδια, ανταλλακτικά για μηχανές καφέ ή ακόμη και μοναδικά σχεδιασμένα φλιτζάνια καφέ, οι οποίοι εργάζονται στα υπόγεια τους με εκτυπωτές που έφτιαξαν οι ίδιοι με 500 ευρώ.
Τα μόνα όρια που υπάρχουν καθορίζονται από την επιλογή των υλικών, τον χώρο που απαιτείται για κάθε μεμονωμένο αντικείμενο που έχει εκτυπωθεί και έναν άλλο πολύ σημαντικό παράγοντα, την ώρα. Η τρισδιάστατη εκτύπωση όπως εφαρμόζεται σήμερα είναι μια μακρά, αργή διαδικασία. Αυτή η τεχνολογία είναι ακόμη στα σπάργανα, αλλά οι παραλληλισμοί με την αναδυόμενη βιομηχανία των υπολογιστών στη δεκαετία του 1970 είναι αναπόφευκτοι. Τότε, επίσης, τα πρώτα μηχανήματα ήταν οκγκώδη και η λειτουργία τους περίπλοκη, αλλά η εξέλιξή τους έγινε γρήγορα και με γιγαντιαία άλματα.
Διαδεδομένες εφαρμογές
Μια ομάδα εμπειρογνωμόνων υπό τον πρόεδρο των ΗΠΑ Μπαράκ Ομπάμα θεωρεί την 3-D εκτύπωση «μεγάλη τάση του μέλλοντος» και η κυβέρνηση των ΗΠΑ επενδύει εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια στην ανάπτυξη της νέας τεχνολογίας. Βιομηχανικοί κολοσσοί όπως η Boeing, η Siemens, η General Electric (GE), η Samsung, η Canon και η Daimler πειραματίζονται με τις σχετικές μεθόδους παραγωγής.
Μεταξύ των πρωτοπόρων στις εξελίξεις αυτές είναι η γερμανική Eos, που βρίσκεται σε ένα βιομηχανικό πάρκο στο Krailling, μια πόλη 8.000 κατοίκων κοντά στο Μόναχο. Στο φουαγιέ της έδρας της εταιρείας βρίσκεται ένα άγαλμα σε πραγματικές διαστάσεις της θεάς Νίκης. Το άγαλμα είναι ένα ακριβές αντίγραφο του αρχαίου πρωτοτύπου, ακόμα και με τις ρωγμές από τη φθορά, και έχει παραχθεί σε εκτυπωτή της Eos από μια σάρωση του πρωτότυπου. Υπάρχει επίσης και ένα τυπωμένο βιολί. Η μηχανική γέννηση αυτού του αντικειμένου χρειάστηκε περίπου μια ημέρα εργασίας σε έναν 3-D εκτυπωτή.
Οι ειδικοί μπορούν να ακούσουν τη διαφορά όταν παίζει το όργανο, οι απλοί επισκέπτες όμως όχι. Αυτή η βαυαρική εταιρεία υψηλής τεχνολογίας ειδικεύεται σε 3-D εκτυπωτές για βιομηχανική χρήση, μεγάλα μηχανήματα που μοιάζουν με υπερμεγέθη ψυγεία ή βιομηχανικούς κλιβάνους. Ανάλογα με το μέγεθός τους, τον εξοπλισμό και τις δυνατότητες, οι εκτυπωτές μπορεί να κοστίζουν από 150.000 έως πάνω από 1 εκατ. ευρώ.
Η τρισδιάστατη διαδικασία εκτύπωσης της Eos είναι γνωστή ως πυροσυσσωμάτωση λέιζερ. Οι εταιρείες χρησιμοποιούν την τεχνική αυτή επί 25 χρόνια, ειδικά για γρήγορα και φτηνά πρωτότυπα ανάπτυξης και μελετών. Ο Hans Langer, ένας φυσικός που έγραψε τη διδακτορική του διατριβή στην τεχνολογία λέιζερ, ίδρυσε την Eos το 1989 και κατασκεύασε τον πρώτο 3-D εκτυπωτή για την αυτοκινητοβιομηχανία BMW, η οποία τον χρησιμοποίησε για να παράγει νέα πρωτότυπα μοντέλα αυτοκινήτου από συνθετική ρητίνη. Άλλοι κατασκευαστές αυτοκινήτων, συμπεριλαμβανομένων και εκείνων που παράγουν αυτοκίνητα της Formula 1, τώρα χρησιμοποιούν την ίδια τεχνολογία.
«Απεριόριστες δυνατότητες»
Η Eos είναι σήμερα ο παγκόσμιος ηγέτης της αγοράς στον τομέα. Οι πωλήσεις της εταιρείας έχουν διπλασιαστεί κατά τα τελευταία τρία χρόνια, φθάνοντας τα 105 εκατομμύρια ευρώ. Προς το παρόν, ο συνολικός όγκος των πωλήσεων της εν λόγω αγοράς παραμένει αρκετά περιορισμένος στα 1,3 δισ. δολάρια, αλλά αν η τάση αυτή συνεχιστεί, θα πολλαπλασιαστεί γρήγορα. Η Wohlers Associates, μία συμβουλευτική εταιρεία της βιομηχανίας 3-D εκτύπωσης, εκτιμά ότι ο αριθμός θα τριπλασιαστεί μέχρι το 2015, και θα φτάσει τα 6,5 δισεκατομμύρια δολάρια το 2019.
Υποθέτοντας ότι η 3-D τεχνολογία εκτύπωσης θα συνεχίσει να αναπτύσσεται με τον ίδιο ταχύ ρυθμό, θα μπορούσε πράγματι να είναι επαναστατική για μια σειρά από λόγους:
Θα απαιτούνται σημαντικά λιγότερα στάδια παραγωγής, λιγότερα εργαλεία και χαμηλότερο κόστος. Καθώς τα προϊόντα δεν θα χρειάζεται πλέον να γίνονται από τα υλικά από τα οποία είναι κατασκευασμένα, ορισμένοι 3-D εκτυπωτές απαιτούν μόνο 10% της ποσότητας πλαστικού ή μετάλλου που χρειάζονται οι συμβατικές μέθοδοι. Οι εταιρείες δεν θα συνδέονται πλέον με τις οικονομίες κλίμακας που κάνουν απαραίτητη τη μαζική παραγωγή για τη μείωση του κόστους. Ακόμη και μικρές παρτίδες παραγωγής μπορεί να είναι επικερδείς.
Περισσότερα καινοτόμα προϊόντα μπορούν να εισαχθούν στην αγορά, δεδομένου ότι η μέθοδος αυτή καθιστά εύκολη τη δοκιμή νέων, φτηνών ιδεών.
Η αλλαγή του σχεδιασμού ενός προϊόντος δεν σημαίνει ότι το σύνολο της γραμμής συναρμολόγησης θα πρέπει να επαναδιατυπωθεί. Αυτό μικραίνει τους κύκλους του προϊόντος σημαντικά και καθιστά δυνατή την εισαγωγή βελτιώσεων πιο γρήγορα.
Ο σημαντικός παράγοντας της βιωσιμότητας
Ένας τομέας στον οποίο οι 3-D εκτυπωτές δείχνουν ένα πολλά υποσχόμενο μέλλον, και χρησιμοποιούνται ήδη, είναι στην κατασκευή ανταλλακτικών. Ένας μάνατζερ της BMW δεν θα μπορούσε να βρει ένα πρωτότυπο ανταλλακτικό για μια παλιά μοτοσικλέτα του – έτσι απλά επανασχεδιάζει το στοιχείο σε έναν υπολογιστή, και στη συνέχεια το εκτυπώνει.
Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα για την εφαρμογή αυτής της νέας τεχνολογίας για βιομηχανικές χρήσεις είναι ότι τα τυπωμένα αντικείμενα είναι πιο σταθερά και ελαφρύτερα από τα συμβατικά προϊόντα. Ένα τεχνητό ισχίο για παράδειγμα, κατασκευασμένο με τον παραδοσιακό τρόπο, είναι πολύ βαρύτερο από ένα τυπωμένο που ζυγίζει μόλις 200 γραμμάρια.
Αυτό είναι κάτι που κάνει την 3-D εκτύπωση τόσο ελκυστική για τους κατασκευαστές αεροπλάνων όπως η EADS, με τη θυγατρική της Airbus. Ο Langer σχεδίασε έναν σκελετό που ζυγίζει 60% λιγότερο από αυτούς που χρησιμοποιούνται σήμερα – και λιγότερο βάρος σημαίνει μικρότερη κατανάλωση καυσίμου. Μία άλλη πολύ πιο δύσκολη εφαρμογή της 3-D εκτύπωση σε δοκιμαστικό στάδιο είναι η δημιουργία ενός πλήρους ακροφύσιου ψεκασμού καυσίμου για τουρμπίνες αεροπλάνων, που παράγεται σε μια ενιαία διαδικασία εκτύπωσης.
Ιατρικές χρήσεις
Σημαντική πρόοδος έχει σημειωθεί επίσης στα υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην 3-D εκτύπωση, καθιστώντας δυνατά ακόμη και τα αντικείμενα που είναι κατασκευασμένα από οργανική ύλη. Οι επιστήμονες εργάζονται για τη συναρμολόγηση ανθρώπινων κυττάρων σε 3-D εκτυπωτές, που αποτελούνται από υλικά που το ανθρώπινο σώμα χρησιμοποιεί, όπως η ζάχαρη. Οι βιολόγοι έχουν επίσης τη δυνατότητα να εκτυπώσουν τις φλέβες και τη λειτουργία του καρδιακού ιστού. Τελικά η παραγωγή ολόκληρων οργάνων μπορεί να είναι δυνατή.
Οι ερευνητές των φαρμακευτικών πειραματίζονται επίσης με φάρμακα. Ένας υπολογιστής παρέχει τον τύπο και ο εκτυπωτής συνθέτει το χάπι από μεμονωμένα συστατικά, σύμφωνα με τις ιδιαίτερες ανάγκες του ασθενούς. Αυτή η τεχνική έχει ήδη αποδειχθεί επιτυχής για απλές εφαρμογές, παυσίπονα από ιβουπροφαίνη.
Η τεχνολογία έχει από καιρό αποδείξει τα οφέλη της, όταν πρόκειται για χαμηλές τιμές προσαρμοσμένες στην παραγωγή στον τομέα της ιατρικής. Είναι σημαντικά ταχύτερη και ευκολότερη, για παράδειγμα στην εκτύπωση οδοντικής προσθετικής.
Παρόμοια πρόοδος παρατηρείται επίσης στην 3-D εκτύπωση των κινητών τμημάτων. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες στο αμερικανικό πανεπιστήμιο MIT έχουν εκτυπώσει ένα λειτουργικό ρολόι. Και ο Mark Little, διευθυντής της παγκόσμιας έρευνας της GE, δηλώνει με σιγουριά: «Μια μέρα, θα είμαστε σε θέση να εκτυπώσουμε μια μηχανή».
Μένοντας μπροστά από την Ασία
Ορισμένοι θεωρούν την 3-D τεχνολογία εκτύπωσης ως μια ευκαιρία για να διεκδικήσουν η Ευρώπη και οι ΗΠΑ τουλάχιστον ορισμένες περιοχές της βιομηχανικής παραγωγής από την Ασία. Αυτά τα μικροσκοπικά εργοστάσια απαιτούν πολύ λιγότερο υλικό και λιγότερους εργαζόμενους, γεγονός που καθιστά τη διαδικασία παραγωγής φθηνότερη. Ένα ή δύο ειδικευμένοι εργαζόμενοι είναι αρκετοί για να λειτουργήσουν ένα επαγγελματικού επιπέδου εκτυπωτή.
Τα χρηματοοικονομικά εμπόδια για τους επιχειρηματίες που επιθυμούν να εισέλθουν στην αγορά θα είναι πολύ χαμηλότερα, αφού είναι πλέον απαραίτητο να κατασκευάσουν ολόκληρες γραμμές συναρμολόγησης πριν να ξεκινήσει η παραγωγή. Αντ ‘αυτού, είναι δυνατή η πρώτη δοκιμή των καινοτομιών σε μικρότερη κλίμακα και στη συνέχεια η αύξηση της παραγωγής των εν λόγω προϊόντων που στέφθηκαν με επιτυχία.
Η νέα τεχνολογία προσφέρει μεγάλες ευκαιρίες για κάθε κατασκευαστή, αλλά θέτει επίσης σοβαρούς κινδύνους. Η 3-D διαδικασία εκτύπωσης καθιστά ευκολότερο για τους εφευρέτες να εισέλθουν στην αγορά, αλλά κάνει τα πράγματα πιο εύκολα για τους αντιγραφείς.
Τι θα συμβεί σε μια γερμανική εταιρεία μηχανικών όταν οι πελάτες της στο Μεξικό ή το Βιετνάμ δεν χρειάζεται πλέον να εισάγουν ανταλλακτικά από τη Στουτγκάρδη, αλλά, αντίθετα, μπορούν να αποκτήσουν το ψηφιακό 3-D προσχέδιο και να το εκτυπώσουν στα μέρη τους; Ποιες θα είναι οι συνέπειες όταν ένα αρχείο του υπολογιστή είναι το μόνο που χρειάζεται για να αντιγράψουν ασημικά της WMF ή γυαλιά ηλίου του Gucci; Μια αμερικανική εταιρεία έχει κατοχυρώσει ήδη ένα μηχανισμό προστασίας αντιγραφής για 3-D εκτύπωση και η μαζική αγορά είναι πιθανό να ακολουθήσει.
Οι συσκευές για οικιακή χρήση έχουν από καιρό μπει στην αγορά. Η αμερικανική MakerBot άνοιξε το πρώτο της κατάστημα στο Μανχάταν πριν από λίγους μήνες, όπου πωλεί μοντέλα για αρχάριους αντί 2.000 δολαρίων. Τα μηχανήματα αυτά, τα οποία είναι περίπου στο μέγεθος ενός κιβωτίου μπίρας και εκτυπώνουν αντικείμενα από το ίδιο πλαστικό που κατασκευάζονται τα Lego, δεν είναι σίγουρα τόσο ανεπτυγμένα ή ακριβή όπως οι βιομηχανικές συσκευές, αλλά είναι αρκετά για να επιτρέψουν σε έναν χομπίστα να σχεδιάσει και να παράγει οτιδήποτε -από πιόνια για σκάκι ως κοσμήματα.
Από προσωπικά αντικείμενα στο διάστημα
Βέβαια, οι ίδιες ανησυχίες που προκαλούν αϋπνίες στους ειδικούς της πνευματικής ιδιοκτησίας δίνουν σε άλλους αφορμή για να γιορτάσουν. «Αυτός είναι ο εκδημοκρατισμός της παραγωγής», λέει ο Peter Weijmarshausen, Διευθύνων Σύμβουλος της Shapeways, ηγέτη της 3-D εκτύπωσης για εξατομικευμένη κατασκευή. «Ο καθένας μπορεί να παράγει το δικό του προϊόν των ονείρων του». Η Shapeways, η οποία ξεκίνησε ως ένα project της ολλανδικής εταιρίας Philips, επιτρέπει στους πελάτες της είτε να ανεβάσουν τα δικά τους σχέδια στην ιστοσελίδα της εταιρείας ή να επιλέξουν από διάφορα πρότυπα, και η εταιρεία κατασκευάζει τότε το επιθυμητό προϊόν με τη χρήση 3-D εκτυπωτών.
Η Shapeways παρήγαγε 1,5 εκατομμύρια αντικείμενα για τους πελάτες της τον τελευταίο χρόνο, συμπεριλαμβανομένων αυτο-σχεδιασμένων κοσμημάτων, θήκες για iPhone, αμπαζούρ και βάζα. Το επόμενο έτος, η εταιρεία αναμένει ότι ο αριθμός θα φθάσει σε 6 ή 7 εκατομμύρια, με τα προϊόντα της να κατασκευάζονται από περίπου 30 διαφορετικά υλικά. Αυτό το φθινόπωρο, η Shapeways εγκαινίασε μια νέα μονάδα παραγωγής στην πόλη της Νέας Υόρκης, στο Κουίνς, με μεγάλες σειρές 3-D εκτυπωτών πολλών διαφορετικών τύπων.
Το επόμενο μεγάλο βήμα, ελπίζει ο Weijmarshausen, θα είναι τα ρούχα από 3-D εκτυπωτές, προσαρμοσμένα ακριβώς για να εξυπηρετήσουν την προσωπική εικόνα του κάθε πελάτη. Και φυσικά τα παπούτσια. Ωστόσο, αυτού του είδους τα καταναλωτικά προϊόντα είναι πιθανό να παραμείνουν σε ένα μικρότερο στάδιο παραγωγής σε σχέση με τις βιομηχανικές εφαρμογές.
Ερευνητές στην Καλιφόρνια, εν τω μεταξύ, δοκιμάζουν την εκτύπωση συγκεκριμένων στοιχείων που θα χρησιμοποιηθούν στην κατασκευή κατοικιών. Και η NASA, η διαστημική υπηρεσία των ΗΠΑ, πλησιάζει ολοένα και περισσότερο στην ουτοπία του κάπτεν Κερκ, με τη χρήση αυτής της τεχνολογίας για να εκτυπώνει εξαρτήματα κινητήρα για το νέο σύστημα εκτόξευσης στο διάστημα της. Η NASA, επίσης, στηρίζεται στην 3-D τεχνολογία εκτύπωσης λέιζερ που γίνεται στη Βαυαρία.
http://www.spiegel.de/international/business/3d-printing-technology-poised-for-new-industrial-revolution-a-874833.html
πηγή: antinews.gr
Όταν η τηλεοπτική σειρά Star Trek παρουσίασε για πρώτη φορά την έννοια του αντιγραφέα (replicator), έμοιαζε με ένα όραμα που θα ερχόταν στους μελλοντικούς αιώνες. Οι αντιγραφείς, κάτι μεταξύ ενός υπολογιστή και ενός μίνι εργοστασίου, μπορούσαν να δημιουργήσει τρόφιμα και ανταλλακτικά από το τίποτα. Ήταν πολύ πρακτικές συσκευές, καθώς ο κάπτεν Κερκ δεν μπορούσε να πάρει μαζί του στο διάστημα πολλές προμήθειες. Αυτό το φουτουριστικό όραμα, όμως, τείνει να γίνει πραγματικότητα.
Η τεχνολογία του replicator στον αληθινό κόσμο είναι γνωστή ως 3-D εκτύπωση, αν και αυτός ο όρος είναι παραπλανητικός, δεδομένου ότι η διαδικασία έχει και μεγάλη σχέση με την εκτύπωση
Ο ίδιος στόχος μπορεί να επιτευχθεί από πολλούς διαφορετικούς τεχνολογικούς δρόμους. Σε μία παραλλαγή, τα ακροφύσια ψεκάζουν υγρό υλικό σε στρώματα. Μια άλλη μέθοδος, η οποία παράγει ακόμη καλύτερα αποτελέσματα, στοχεύει ακτίνες λέιζερ σε κονιορτοποιημένο υλικό, με αποτέλεσμα οι κόκκοι του να συγχωνεύονται ακριβώς στο σημείο όπου χτυπά η δέσμη. Όλες οι 3-D τεχνικές εκτύπωσης, ωστόσο, ακολουθούν την ίδια αρχή: το αντικείμενο αναπτύσσεται ανά στρώματα, το καθένα από τα οποία έχει πάχος μόνο μερικά εκατοστά του χιλιοστού, μέχρι να αποκτήσει το επιθυμητό σχήμα. Αυτή η τεχνική μπορεί να εφαρμοστεί σε χάλυβα, πλαστικό, τιτάνιο, αλουμίνιο και πολλά άλλα μέταλλα.
Η συναρμολόγηση, το βίδωμα, η συγκόλληση – όλες αυτές γίνονται απαρχαιωμένες, καθώς ακόμα και τα πιο πολύπλοκα σχήματα μπορούν να παραχθούν από ένα μόνο μηχάνημα, χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική «χύτευσης». Το τελικό αποτέλεσμα μπορεί να είναι ένα τεχνητό ισχίο, ένα ακουστικό βαρηκοΐας, ένα κινητό τηλέφωνο, ειδικά υποδήματα ή ακόμη και ένα υβριδικό αυτοκίνητο Urbee.
Οι μηχανικοί της Ευρωπαϊκής Επιχείρησης Αεροναυτικής Άμυνας και Διαστήματος (EADS) έχουν χρησιμοποιήσει την τεχνική αυτή για να «εκτυπώσουν» ένα ολόκληρο ποδήλατο που χρειάζεται μόνο την προσθήκη ελαστικών και αλυσίδας για να είναι πλήρως λειτουργικό. Βρετανοί ερευνητές, εν τω μεταξύ, έχουν εκτυπώσει ένα μη επανδρωμένο όχημα. Τα τυπωμένα στοιχεία
χρησιμοποιούνται επίσης σε αγώνες της Formula 1 και στη NASA. Τα οδοντιατρικά εργαστήρια χρησιμοποιούν 3-D εκτυπωτές για την παραγωγή εμφυτευμάτων, ενώ οι γιατροί πειραματίζονται με τον τεχνητό ιστό της καρδιάς. Οι κινηματογραφιστές επίσης εκτυπώνουν μοντέλα animation και οι αυτοκινητοβιομηχανίες δημιουργούν ανταλλακτικά.
Μια αργή διαδικασία
Η εκτύπωση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων είναι ακόμα στα σκαριά. Η αμερικανική εταιρεία Xerox, για παράδειγμα, έχει αναπτύξει μια ασημένια μελάνη που λειτουργεί ως ηλεκτρικός αγωγός και μπορεί να τυπωθεί απευθείας πάνω σε πλαστικό ή άλλα υλικά, καθιστώντας δυνατή την ενσωμάτωση απλών κυκλωμάτων σε τυπωμένα αντικείμενα.
Δεδομένης της δυνητικά τεράστιας παγκόσμιας επίδρασης αυτής της νέας τεχνολογίας, είναι έκπληξη το γεγονός ότι μέχρι τώρα λίγες εταιρείες κυριαρχούν στην αγορά. Μαζί με τους αμερικανούς κολοσσούς 3-D Systems και Stratasys, περίπου 10 γερμανικές εταιρείες παρέχουν αυτή την τεχνολογία, κάποιες από τις οποίες είναι ηγέτες στην κατηγορία τους, όπως η Eos Concept και η Laser. Οι γερμανικές εταιρείες θεωρούνται ηγέτες, ειδικά όταν πρόκειται για την 3-D εκτύπωση των μετάλλων.
Οι δυνατότητες σε αυτό τον τομέα είναι θεωρητικά απεριόριστες, δεδομένου ότι σχεδόν οποιοδήποτε αντικείμενο μπορεί να εκτυπωθεί με ακριβή ψηφιακά δεδομένα. Οι περισσότεροι από αυτούς τους εκτυπωτές μετατρέπονται για βιομηχανική χρήση, σε μαζικές μηχανές που μπορεί να κοστίζουν 1.000.000 ευρώ ή περισσότερα, αλλά υπάρχει επίσης μια αυξανόμενη ερασιτεχνική σκηνή από χομπίστες που εκτυπώνουν παιχνίδια, ανταλλακτικά για μηχανές καφέ ή ακόμη και μοναδικά σχεδιασμένα φλιτζάνια καφέ, οι οποίοι εργάζονται στα υπόγεια τους με εκτυπωτές που έφτιαξαν οι ίδιοι με 500 ευρώ.
Τα μόνα όρια που υπάρχουν καθορίζονται από την επιλογή των υλικών, τον χώρο που απαιτείται για κάθε μεμονωμένο αντικείμενο που έχει εκτυπωθεί και έναν άλλο πολύ σημαντικό παράγοντα, την ώρα. Η τρισδιάστατη εκτύπωση όπως εφαρμόζεται σήμερα είναι μια μακρά, αργή διαδικασία. Αυτή η τεχνολογία είναι ακόμη στα σπάργανα, αλλά οι παραλληλισμοί με την αναδυόμενη βιομηχανία των υπολογιστών στη δεκαετία του 1970 είναι αναπόφευκτοι. Τότε, επίσης, τα πρώτα μηχανήματα ήταν οκγκώδη και η λειτουργία τους περίπλοκη, αλλά η εξέλιξή τους έγινε γρήγορα και με γιγαντιαία άλματα.
Διαδεδομένες εφαρμογές
Μια ομάδα εμπειρογνωμόνων υπό τον πρόεδρο των ΗΠΑ Μπαράκ Ομπάμα θεωρεί την 3-D εκτύπωση «μεγάλη τάση του μέλλοντος» και η κυβέρνηση των ΗΠΑ επενδύει εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια στην ανάπτυξη της νέας τεχνολογίας. Βιομηχανικοί κολοσσοί όπως η Boeing, η Siemens, η General Electric (GE), η Samsung, η Canon και η Daimler πειραματίζονται με τις σχετικές μεθόδους παραγωγής.
Μεταξύ των πρωτοπόρων στις εξελίξεις αυτές είναι η γερμανική Eos, που βρίσκεται σε ένα βιομηχανικό πάρκο στο Krailling, μια πόλη 8.000 κατοίκων κοντά στο Μόναχο. Στο φουαγιέ της έδρας της εταιρείας βρίσκεται ένα άγαλμα σε πραγματικές διαστάσεις της θεάς Νίκης. Το άγαλμα είναι ένα ακριβές αντίγραφο του αρχαίου πρωτοτύπου, ακόμα και με τις ρωγμές από τη φθορά, και έχει παραχθεί σε εκτυπωτή της Eos από μια σάρωση του πρωτότυπου. Υπάρχει επίσης και ένα τυπωμένο βιολί. Η μηχανική γέννηση αυτού του αντικειμένου χρειάστηκε περίπου μια ημέρα εργασίας σε έναν 3-D εκτυπωτή.
Οι ειδικοί μπορούν να ακούσουν τη διαφορά όταν παίζει το όργανο, οι απλοί επισκέπτες όμως όχι. Αυτή η βαυαρική εταιρεία υψηλής τεχνολογίας ειδικεύεται σε 3-D εκτυπωτές για βιομηχανική χρήση, μεγάλα μηχανήματα που μοιάζουν με υπερμεγέθη ψυγεία ή βιομηχανικούς κλιβάνους. Ανάλογα με το μέγεθός τους, τον εξοπλισμό και τις δυνατότητες, οι εκτυπωτές μπορεί να κοστίζουν από 150.000 έως πάνω από 1 εκατ. ευρώ.
Η τρισδιάστατη διαδικασία εκτύπωσης της Eos είναι γνωστή ως πυροσυσσωμάτωση λέιζερ. Οι εταιρείες χρησιμοποιούν την τεχνική αυτή επί 25 χρόνια, ειδικά για γρήγορα και φτηνά πρωτότυπα ανάπτυξης και μελετών. Ο Hans Langer, ένας φυσικός που έγραψε τη διδακτορική του διατριβή στην τεχνολογία λέιζερ, ίδρυσε την Eos το 1989 και κατασκεύασε τον πρώτο 3-D εκτυπωτή για την αυτοκινητοβιομηχανία BMW, η οποία τον χρησιμοποίησε για να παράγει νέα πρωτότυπα μοντέλα αυτοκινήτου από συνθετική ρητίνη. Άλλοι κατασκευαστές αυτοκινήτων, συμπεριλαμβανομένων και εκείνων που παράγουν αυτοκίνητα της Formula 1, τώρα χρησιμοποιούν την ίδια τεχνολογία.
«Απεριόριστες δυνατότητες»
Η Eos είναι σήμερα ο παγκόσμιος ηγέτης της αγοράς στον τομέα. Οι πωλήσεις της εταιρείας έχουν διπλασιαστεί κατά τα τελευταία τρία χρόνια, φθάνοντας τα 105 εκατομμύρια ευρώ. Προς το παρόν, ο συνολικός όγκος των πωλήσεων της εν λόγω αγοράς παραμένει αρκετά περιορισμένος στα 1,3 δισ. δολάρια, αλλά αν η τάση αυτή συνεχιστεί, θα πολλαπλασιαστεί γρήγορα. Η Wohlers Associates, μία συμβουλευτική εταιρεία της βιομηχανίας 3-D εκτύπωσης, εκτιμά ότι ο αριθμός θα τριπλασιαστεί μέχρι το 2015, και θα φτάσει τα 6,5 δισεκατομμύρια δολάρια το 2019.
Υποθέτοντας ότι η 3-D τεχνολογία εκτύπωσης θα συνεχίσει να αναπτύσσεται με τον ίδιο ταχύ ρυθμό, θα μπορούσε πράγματι να είναι επαναστατική για μια σειρά από λόγους:
Θα απαιτούνται σημαντικά λιγότερα στάδια παραγωγής, λιγότερα εργαλεία και χαμηλότερο κόστος. Καθώς τα προϊόντα δεν θα χρειάζεται πλέον να γίνονται από τα υλικά από τα οποία είναι κατασκευασμένα, ορισμένοι 3-D εκτυπωτές απαιτούν μόνο 10% της ποσότητας πλαστικού ή μετάλλου που χρειάζονται οι συμβατικές μέθοδοι. Οι εταιρείες δεν θα συνδέονται πλέον με τις οικονομίες κλίμακας που κάνουν απαραίτητη τη μαζική παραγωγή για τη μείωση του κόστους. Ακόμη και μικρές παρτίδες παραγωγής μπορεί να είναι επικερδείς.
Περισσότερα καινοτόμα προϊόντα μπορούν να εισαχθούν στην αγορά, δεδομένου ότι η μέθοδος αυτή καθιστά εύκολη τη δοκιμή νέων, φτηνών ιδεών.
Η αλλαγή του σχεδιασμού ενός προϊόντος δεν σημαίνει ότι το σύνολο της γραμμής συναρμολόγησης θα πρέπει να επαναδιατυπωθεί. Αυτό μικραίνει τους κύκλους του προϊόντος σημαντικά και καθιστά δυνατή την εισαγωγή βελτιώσεων πιο γρήγορα.
Ο σημαντικός παράγοντας της βιωσιμότητας
Ένας τομέας στον οποίο οι 3-D εκτυπωτές δείχνουν ένα πολλά υποσχόμενο μέλλον, και χρησιμοποιούνται ήδη, είναι στην κατασκευή ανταλλακτικών. Ένας μάνατζερ της BMW δεν θα μπορούσε να βρει ένα πρωτότυπο ανταλλακτικό για μια παλιά μοτοσικλέτα του – έτσι απλά επανασχεδιάζει το στοιχείο σε έναν υπολογιστή, και στη συνέχεια το εκτυπώνει.
Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα για την εφαρμογή αυτής της νέας τεχνολογίας για βιομηχανικές χρήσεις είναι ότι τα τυπωμένα αντικείμενα είναι πιο σταθερά και ελαφρύτερα από τα συμβατικά προϊόντα. Ένα τεχνητό ισχίο για παράδειγμα, κατασκευασμένο με τον παραδοσιακό τρόπο, είναι πολύ βαρύτερο από ένα τυπωμένο που ζυγίζει μόλις 200 γραμμάρια.
Αυτό είναι κάτι που κάνει την 3-D εκτύπωση τόσο ελκυστική για τους κατασκευαστές αεροπλάνων όπως η EADS, με τη θυγατρική της Airbus. Ο Langer σχεδίασε έναν σκελετό που ζυγίζει 60% λιγότερο από αυτούς που χρησιμοποιούνται σήμερα – και λιγότερο βάρος σημαίνει μικρότερη κατανάλωση καυσίμου. Μία άλλη πολύ πιο δύσκολη εφαρμογή της 3-D εκτύπωση σε δοκιμαστικό στάδιο είναι η δημιουργία ενός πλήρους ακροφύσιου ψεκασμού καυσίμου για τουρμπίνες αεροπλάνων, που παράγεται σε μια ενιαία διαδικασία εκτύπωσης.
Ιατρικές χρήσεις
Σημαντική πρόοδος έχει σημειωθεί επίσης στα υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην 3-D εκτύπωση, καθιστώντας δυνατά ακόμη και τα αντικείμενα που είναι κατασκευασμένα από οργανική ύλη. Οι επιστήμονες εργάζονται για τη συναρμολόγηση ανθρώπινων κυττάρων σε 3-D εκτυπωτές, που αποτελούνται από υλικά που το ανθρώπινο σώμα χρησιμοποιεί, όπως η ζάχαρη. Οι βιολόγοι έχουν επίσης τη δυνατότητα να εκτυπώσουν τις φλέβες και τη λειτουργία του καρδιακού ιστού. Τελικά η παραγωγή ολόκληρων οργάνων μπορεί να είναι δυνατή.
Οι ερευνητές των φαρμακευτικών πειραματίζονται επίσης με φάρμακα. Ένας υπολογιστής παρέχει τον τύπο και ο εκτυπωτής συνθέτει το χάπι από μεμονωμένα συστατικά, σύμφωνα με τις ιδιαίτερες ανάγκες του ασθενούς. Αυτή η τεχνική έχει ήδη αποδειχθεί επιτυχής για απλές εφαρμογές, παυσίπονα από ιβουπροφαίνη.
Η τεχνολογία έχει από καιρό αποδείξει τα οφέλη της, όταν πρόκειται για χαμηλές τιμές προσαρμοσμένες στην παραγωγή στον τομέα της ιατρικής. Είναι σημαντικά ταχύτερη και ευκολότερη, για παράδειγμα στην εκτύπωση οδοντικής προσθετικής.
Παρόμοια πρόοδος παρατηρείται επίσης στην 3-D εκτύπωση των κινητών τμημάτων. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες στο αμερικανικό πανεπιστήμιο MIT έχουν εκτυπώσει ένα λειτουργικό ρολόι. Και ο Mark Little, διευθυντής της παγκόσμιας έρευνας της GE, δηλώνει με σιγουριά: «Μια μέρα, θα είμαστε σε θέση να εκτυπώσουμε μια μηχανή».
Μένοντας μπροστά από την Ασία
Ορισμένοι θεωρούν την 3-D τεχνολογία εκτύπωσης ως μια ευκαιρία για να διεκδικήσουν η Ευρώπη και οι ΗΠΑ τουλάχιστον ορισμένες περιοχές της βιομηχανικής παραγωγής από την Ασία. Αυτά τα μικροσκοπικά εργοστάσια απαιτούν πολύ λιγότερο υλικό και λιγότερους εργαζόμενους, γεγονός που καθιστά τη διαδικασία παραγωγής φθηνότερη. Ένα ή δύο ειδικευμένοι εργαζόμενοι είναι αρκετοί για να λειτουργήσουν ένα επαγγελματικού επιπέδου εκτυπωτή.
Τα χρηματοοικονομικά εμπόδια για τους επιχειρηματίες που επιθυμούν να εισέλθουν στην αγορά θα είναι πολύ χαμηλότερα, αφού είναι πλέον απαραίτητο να κατασκευάσουν ολόκληρες γραμμές συναρμολόγησης πριν να ξεκινήσει η παραγωγή. Αντ ‘αυτού, είναι δυνατή η πρώτη δοκιμή των καινοτομιών σε μικρότερη κλίμακα και στη συνέχεια η αύξηση της παραγωγής των εν λόγω προϊόντων που στέφθηκαν με επιτυχία.
Η νέα τεχνολογία προσφέρει μεγάλες ευκαιρίες για κάθε κατασκευαστή, αλλά θέτει επίσης σοβαρούς κινδύνους. Η 3-D διαδικασία εκτύπωσης καθιστά ευκολότερο για τους εφευρέτες να εισέλθουν στην αγορά, αλλά κάνει τα πράγματα πιο εύκολα για τους αντιγραφείς.
Τι θα συμβεί σε μια γερμανική εταιρεία μηχανικών όταν οι πελάτες της στο Μεξικό ή το Βιετνάμ δεν χρειάζεται πλέον να εισάγουν ανταλλακτικά από τη Στουτγκάρδη, αλλά, αντίθετα, μπορούν να αποκτήσουν το ψηφιακό 3-D προσχέδιο και να το εκτυπώσουν στα μέρη τους; Ποιες θα είναι οι συνέπειες όταν ένα αρχείο του υπολογιστή είναι το μόνο που χρειάζεται για να αντιγράψουν ασημικά της WMF ή γυαλιά ηλίου του Gucci; Μια αμερικανική εταιρεία έχει κατοχυρώσει ήδη ένα μηχανισμό προστασίας αντιγραφής για 3-D εκτύπωση και η μαζική αγορά είναι πιθανό να ακολουθήσει.
Οι συσκευές για οικιακή χρήση έχουν από καιρό μπει στην αγορά. Η αμερικανική MakerBot άνοιξε το πρώτο της κατάστημα στο Μανχάταν πριν από λίγους μήνες, όπου πωλεί μοντέλα για αρχάριους αντί 2.000 δολαρίων. Τα μηχανήματα αυτά, τα οποία είναι περίπου στο μέγεθος ενός κιβωτίου μπίρας και εκτυπώνουν αντικείμενα από το ίδιο πλαστικό που κατασκευάζονται τα Lego, δεν είναι σίγουρα τόσο ανεπτυγμένα ή ακριβή όπως οι βιομηχανικές συσκευές, αλλά είναι αρκετά για να επιτρέψουν σε έναν χομπίστα να σχεδιάσει και να παράγει οτιδήποτε -από πιόνια για σκάκι ως κοσμήματα.
Από προσωπικά αντικείμενα στο διάστημα
Βέβαια, οι ίδιες ανησυχίες που προκαλούν αϋπνίες στους ειδικούς της πνευματικής ιδιοκτησίας δίνουν σε άλλους αφορμή για να γιορτάσουν. «Αυτός είναι ο εκδημοκρατισμός της παραγωγής», λέει ο Peter Weijmarshausen, Διευθύνων Σύμβουλος της Shapeways, ηγέτη της 3-D εκτύπωσης για εξατομικευμένη κατασκευή. «Ο καθένας μπορεί να παράγει το δικό του προϊόν των ονείρων του». Η Shapeways, η οποία ξεκίνησε ως ένα project της ολλανδικής εταιρίας Philips, επιτρέπει στους πελάτες της είτε να ανεβάσουν τα δικά τους σχέδια στην ιστοσελίδα της εταιρείας ή να επιλέξουν από διάφορα πρότυπα, και η εταιρεία κατασκευάζει τότε το επιθυμητό προϊόν με τη χρήση 3-D εκτυπωτών.
Η Shapeways παρήγαγε 1,5 εκατομμύρια αντικείμενα για τους πελάτες της τον τελευταίο χρόνο, συμπεριλαμβανομένων αυτο-σχεδιασμένων κοσμημάτων, θήκες για iPhone, αμπαζούρ και βάζα. Το επόμενο έτος, η εταιρεία αναμένει ότι ο αριθμός θα φθάσει σε 6 ή 7 εκατομμύρια, με τα προϊόντα της να κατασκευάζονται από περίπου 30 διαφορετικά υλικά. Αυτό το φθινόπωρο, η Shapeways εγκαινίασε μια νέα μονάδα παραγωγής στην πόλη της Νέας Υόρκης, στο Κουίνς, με μεγάλες σειρές 3-D εκτυπωτών πολλών διαφορετικών τύπων.
Το επόμενο μεγάλο βήμα, ελπίζει ο Weijmarshausen, θα είναι τα ρούχα από 3-D εκτυπωτές, προσαρμοσμένα ακριβώς για να εξυπηρετήσουν την προσωπική εικόνα του κάθε πελάτη. Και φυσικά τα παπούτσια. Ωστόσο, αυτού του είδους τα καταναλωτικά προϊόντα είναι πιθανό να παραμείνουν σε ένα μικρότερο στάδιο παραγωγής σε σχέση με τις βιομηχανικές εφαρμογές.
Ερευνητές στην Καλιφόρνια, εν τω μεταξύ, δοκιμάζουν την εκτύπωση συγκεκριμένων στοιχείων που θα χρησιμοποιηθούν στην κατασκευή κατοικιών. Και η NASA, η διαστημική υπηρεσία των ΗΠΑ, πλησιάζει ολοένα και περισσότερο στην ουτοπία του κάπτεν Κερκ, με τη χρήση αυτής της τεχνολογίας για να εκτυπώνει εξαρτήματα κινητήρα για το νέο σύστημα εκτόξευσης στο διάστημα της. Η NASA, επίσης, στηρίζεται στην 3-D τεχνολογία εκτύπωσης λέιζερ που γίνεται στη Βαυαρία.
http://www.spiegel.de/international/business/3d-printing-technology-poised-for-new-industrial-revolution-a-874833.html
πηγή: antinews.gr
ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ
ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ
ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
ΣΕΙΡΑ ΕΚΔΗΛΩΣΕΩΝ ΣΤΗ ΜΝΗΜΗ ΤΟΥ Ν. ΣΑΜΑΡΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΣΑΠ
ΕΠΟΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
Είχε μετατρέψει το σπίτι του σε καζίνο
ΣΧΟΛΙΑΣΤΕ
