Drukarki 3D – technologie warte miliony

Wyobraźcie sobie, że możecie z jednego kawałka tworzywa „wyrzeźbić” niemalże dowolny przedmiot: części zamienne do samochodu, zabawki, buty, naczynia… Takie możliwości już teraz daje drukowanie przestrzenne (druk 3D), pozwalające na produkcję trójwymiarowych, fizycznych obiektów na podstawie cyfrowego modelu, opracowanego na komputerze.

Jedna z pierwszych, komercyjnych drukarek 3D

W tej chwili cena drukarek 3D jest jeszcze zbyt wysoka, by traktować je jak domowy gadżet. Do tego dochodzą koszty tworzywa, z którego drukowane są przedmioty i oprogramowanie, pozwalające realizować projekty. Pamiętajmy jednak, że era druku 3D dopiero się rozpoczyna i przed tą innowacyjną technologią stoi świetlana przyszłość. Jednak zacznijmy od początku.

Druk przestrzenny: jak to się zaczęło?

Za symboliczną datę narodzin druku przestrzennego uznaje się rok 1984. Wówczas Charles Hull pokazał światu swój wynalazek – stereolitografię (SLA). Dwa lata później opatentował technologię i założył firmę 3D Systems. Jednak prace nad drukiem przestrzennym rozpoczął znacznie wcześniej. Podobno pierwszym przedmiotem wydrukowanym z sukcesem przez wynalazcę była filiżanka do herbaty.

• Stereolitografia - technologia wytwarzania trójwymiarowych przedmiotów na podstawie modeli 3D przygotowanych za pomocą programów typu CAD (z ang. Computer Aided Design - Komputerowe Wspomaganie Projektowania). Proces polega na utwardzaniu ciekłych żywic za pomocą lasera. Wiązka światła obrysowuje kolejno kontury i wnętrze przekroju przedmiotu, warstwa po warstwie.

Nie było wtedy jeszcze mowy o druku 3D, ale o „metodach szybkiego prototypowania”. Początkowo technologia ta była bowiem wykorzystywana w przemyśle do opracowywania prototypów różnych przedmiotów – głównie elementów urządzeń czy konstrukcji maszyn (np. obudowy, turbiny).

Pojęcie druku 3D pojawiło się wraz z opracowaniem pierwszych technologii addytywnych. Nowe urządzenia rzeczywiście działały podobnie do znanych powszechnie drukarek. Te najnowsze są niezwykle dokładne, drukowanie przestrzenne jest coraz szerzej wykorzystywane, a za jego pomocą można wytworzyć właściwie wszystko. Ale o tym za chwilę.

Co potrafią drukarki 3D?

Jak wspomnieliśmy, wykorzystując technologie druku 3D można wytworzyć praktycznie każdy przedmiot. Od zabawek i przedmiotów codziennego użytku (np. akcesoria kuchenne), przez meble, po elementy mechanizmów (np. zegarków), a nawet całe działające urządzenia czy maszyny. Do tej pory światowe media donosiły o wydrukowanych: samolocie, samochodzie czy pistolecie. Często jedyną barierą są same materiały – a w zasadzie ich ograniczenia (wytrzymałość, elastyczność czy estetyka), w niektórych zastosowaniach. Szybki rozwój tej technologii pozwala jednak oczekiwać kolejnych przełomów. Dowód? W tym roku w Chinach powstało osiedle 10. domów „wydrukowanych” z betonu – ich budowa zajęła zaledwie 24 godziny! Z kolei w Holandii właśnie powstaje dom, którego wszystkie elementy, łącznie z wyposażeniem, mają powstać dzięki możliwościom technologii druku 3D.

Medyczne 3D

Bardzo szybko dostrzeżono potencjał technologii druku 3D w medycynie – przede wszystkim rekonstrukcyjnej i transplantacyjnej. Początkowo było to tworzenie modeli stawów i kości na podstawie badań wykonanych metodą rezonansu magnetycznego lub tomografii komputerowej. Ale już na początku XXI wieku, dzięki szybkiemu rozwojowi technik druku przestrzennego, zaczęto wytwarzać implanty i protezy idealnie dopasowane do potrzeb pacjenta. Jednak to nie koniec. Okazuje się, że lista materiałów, które można wykorzystać przy drukowaniu 3D nie kończy się na tworzywach sztucznych. Już teraz istnieją tzw. biodrukarki, które używając bioatramentu (żywych komórek) pozwalają na wytwarzanie lub naprawę (regenerowanie) tkanek czy całych narządów.

• Biodrukarki
  
  Eksperymenty z drukiem 3D wykorzystującym żywe komórki jako pierwszy przeprowadził Mark J. Post z Uniwersytetu w Maastricht. Co ciekawe, naukowiec nie zajmował się przy tym zastosowaniem medycznym, ale żywieniowym. Wynikiem jego prac było „wydrukowanie” mięsa wołowego. Zainspirował on jednak innych badaczy do podjęcia prób drukowania tkanek i narządów.

Niedawno również w Polsce głośno było o wykorzystaniu technologii 3D w medycynie. A w zasadzie w… weterynarii. Chodzi bowiem o pingwina z warszawskiego ZOO, który pod koniec marca br. złamał dziób. Obecnie specjaliści z poznańskiej firmy MTT Polska pracują nad protezą, która zostanie wydrukowana na drukarce 3D – na podstawie skanu dzioba innego pingwina. To będzie pierwsza taka operacja w naszym kraju. Na świecie dzięki tej technice odtworzono już m.in. płetwę dla kaczki oraz dziób dla bielika.

Próbny wydruk protezy dla pingwina (fot. facebook/MTT Polska)

Drukarki 3D: jak to działa?

Zasady działania takich urządzeń różnią się w zależności od zastosowanej technologii. Część z nich funkcjonuje w ten sam sposób co tradycyjna drukarka, natryskując tworzywo, które stopniowo zasycha – tak jakbyśmy lepili gliniany garnek, dokładając co chwila kolejną porcję gliny.

• Technologia druku 3D pozwala na tworzenie pojedynczej powłoki natrysku o grubości 25 mikrometrów, tj. jednej milionowej metra.

Tworzywem, które możemy umieścić w drukarce 3D, jest właściwie dowolny materiał termoplastyczny – taki, który da się formować po podgrzaniu (także czekolada!). Ze względu na koszty najczęściej wykorzystywane są polimery - tworzywa sztuczne wytwarzane z ropy naftowej, określane potocznie mianem plastików. Ale, jak już wspomnieliśmy, w druku przestrzennym z powodzeniem stosuje się też inne tworzywa, m.in. gips (elementy widoczne na zdjęciu poniżej zostały stworzone właśnie z tego materiału), beton, a nawet złoto i inne metale i ich stopy.

Ile to kosztuje?

Koszt drukarki 3D wciąż jest relatywnie wysoki, ale stopniowo pojawiają się urządzenia przystępniejsze cenowo. Możliwe więc, że już za kilka lat będzie to przedmiot codziennego użytku, taki, jak komputer czy… zwykła drukarka. Obecnie najtańszy model z serii RepRapPro (wymagający samodzielnego złożenia) kosztuje ok. 2500 zł. Dodatkowa porcja tworzywa to wydatek ok. 300 zł.

Biznes 3D w praktyce

Czy warto zainwestować w druk 3D? Przykład Zortraxu – olsztyńskiego producenta tego typu urządzeń – pokazuje, że zarabiać można zarówno na ich wykorzystaniu, jak i sprzedaży.

Zortrax zaczynał jako start-up na stronie kickstarter.com (witryna, na której można wspierać finansowo obiecujące przedsięwzięcia). Zaledwie rok temu firma starała się pozyskać w ten sposób 100 tys. dolarów na rozwój. Udało się zdobyć prawie dwa razy tyle, bo aż 180 tys. dolarów. Ten sukces nie umknął uwadze ludziom z branży i dziś Zortrax podpisuje kontrakty ze światowymi potentatami technologicznymi.

Firmie z sukcesem udało się zdobyć od początku tego roku dodatkowo około 9 milionów złotych z emisji obligacji na Giełdzie Papierów Wartościowych. A całkiem niedawno ta niewielka warmińska fabryka otrzymała od firmy Dell, amerykańskiego giganta z branży komputerowej, zamówienie na aż 5 tysięcy sztuk swego flagowego produktu - Zortrax M200!

• Z opublikowanej przez firmę prognozy wyników finansowych  wynika, że rok 2014 powinien zakończyć się dla niej ponad 8-milionowym zyskiem netto.

Nie ma więc wątpliwości co do tego, że rynek drukarek 3D będzie rozwijał się niezwykle dynamicznie. Eksperci z firmy konsultingowej IDTechEx przewidują nawet, że do 2025 r. jego wartość wyniesie aż 4 mld dolarów.

Mariusz Kamiński

Czytaj także:

Smartfony za 50 dolarów

Aplikacja zmieniająca nasze podejście do zakupów

Bezpieczne zakupy przez internet w sklepach zagranicznych

PSP: umowa z KIR, wniosek do NBP, nowi uczestnicy