Apakah Teknologi Pencetakan 3D - Bagaimana Ia Berfungsi, Aplikasi & Halangan

Pencetak revolusi ini semakin terlihat dalam kehidupan seharian kita:

Senjata api. Pada tahun 2013, diri mengisytiharkan "crypto-anarkis" Cody Wilson direka, dicipta, dan mencetak senjata plastik melalui teknologi percetakan 3D. Cody melepaskan tembakan dan mengedarkan fail CAD untuk senjata melalui Internet. Terdapat lebih daripada 100,000 muat turun sebelum kerajaan A.S. menutup tapak tersebut. Pada bulan Mei 2014, Yoshitomo Imura ditangkap di Jepun yang memiliki lima senapang bercetak 3D.
Kosmetik. Pada demonstrasi TechCrunch Disrupt di New York City pada bulan Mei 2014, graduan Harvard MBA Grace Choi menunjukkan Mink, pencetak 3D yang berharga kurang daripada $ 200 yang menggabungkan dakwat diluluskan oleh FDA dengan pelbagai substrat untuk mencipta sebarang jenis solek, dari serbuk, untuk krim, untuk gincu. Menurut Choi, "Syarikat solek besar mengambil pigmen dan substrat dan campurkan bersama-sama dan kemudian menaikkan harga. Kami melakukan perkara yang sama dan membiarkan anda mendapat solek di rumah anda sendiri. "
Bahagian badan. Menurut laporan 2013 oleh majalah TIME, pencetak 3D sudah mengukir bahagian badan seperti telinga dan hidung dari sel-sel tubuh. Semasa peringkat awal, teknologi ini menjanjikan pembedahan kosmetik dan plastik.
Makanan. Institut Teknologi Massachusetts telah membangunkan pencetak 3D untuk makanan yang dipanggil "Cornucopia," dan Institut Kuliner Perancis telah menggunakan FabatHome yang dibangunkan oleh Cornell untuk penyediaan makanan. Mungkin replikator makanan ruang-ruang yang digambarkan dalam "Star Trek" tidak jauh di masa depan kerana kita mungkin berfikir.
Forensik & Arkeologi. Dalam pameran televisyen "CSI: New York," percetakan 3D digunakan untuk meniru peluru di dalam badan untuk mengelakkan pembedahan. Ahli arkeologi boleh meniru artifak rapuh untuk belajar tanpa merosakkan benda tak ternilai asal. Sebagai contoh, pelawat ke Discovery Time Square Kingut Exposition dapat melihat replika 3D hampir serupa dengan mumia yang dicetak oleh syarikat..

Michelangelo pernah menjelaskan bahawa setiap blok batu mempunyai patung di dalamnya, dan ia adalah tugas arca untuk menemuinya. Apabila artis memahami imej tiga dimensi yang dia cari, tugasnya adalah dengan berhati-hati memotong bahan luaran untuk mendedahkan struktur tersembunyi. Jika Michelangelo telah dapat menggunakan pencetak 3D, proses kreatifnya akan menjadi sebaliknya: bermula dengan apa-apa dan secara beransur-ansur mencipta imej mentalnya dengan menambah bahan sehingga bentuk yang dicarinya lengkap.

Bagaimana Percetakan 3D berfungsi

Istilah "percetakan 3D" adalah salah faham, kerana terdapat sedikit persamaan dengan percetakan dua dimensi di mana dakwat digunakan untuk kertas. Walau bagaimanapun, proses ini sama dengan percetakan di mana hasilnya adalah pengumpulan lapisan-lapisan bahan yang berbeza yang ditetapkan secara berurutan dalam bentuk yang berbeza untuk membuat objek tiga dimensi padat. Penerangan yang lebih tepat ialah "pengilangan tambahan", kaedah yang berbeza daripada pembuatan tradisional yang berdasarkan penyingkiran bahan pepejal dari jisim yang tidak besar.

Proses ini bermula dengan reka bentuk bantuan komputer (CAD) atau pengimbas 3D untuk menterjemahkan model ke dalam ukuran digital, tiga dimensi. Menggunakan bahan terpilih (cecair, serbuk, kertas, atau bahan lembaran), pelbagai lapisan nipis diletakkan di tempat dan disatu dengan memanaskan, menyembuhkan, berpusat, berlapis, atau pempolimeran foto untuk membuat satu objek bersatu.

Teknologi percetakan 3D telah berkembang sejak abad ketiga lalu; Laporan Paten Insight Pro 2014 menyenaraikan kira-kira 2,635 paten yang berkaitan dengan teknologi percetakan 3D yang telah dikeluarkan sejak awal 1970-an. Walaupun setiap paten mungkin khusus mengenai tuntutan dan justifikasi untuk menjamin penerbitan paten, mereka boleh dikategorikan secara umum berdasarkan perkara berikut:

Proses Teknologi Dikenal pasti. Sekarang terdapat 33 proses yang berbeza yang digunakan dalam percetakan 3D, dari pemodelan pemendapan bertitik (FDM) - proses pemanasan bahan termoplastik ke keadaan separuh cecair, kemudian menyebarkannya dengan lapisan di sepanjang jalan dikawal komputer - untuk stereolitografi, proses di mana laser ultraviolet mengeras lapisan photopolymer cair kerana ia dibangkitkan atau diturunkan oleh platform yang direndam dalam tangki polimer cecair yang sama dengan memohon kot selepas kot cat sehingga lapisan berganda mengakibatkan bahagian selesai.
Bahan yang dinyatakan dalam Paten. Setakat ini, paten yang dikeluarkan meliputi 45 bahan yang berbeza termasuk seramik, tanah liat, paladium, kertas, getah, perak, titanium, dan lilin.
Penggunaan atau Permohonan. Pada penghujungnya, terdapat sekurang-kurangnya 22 aplikasi komersil percetakan 3D, termasuk industri pembinaan, pertahanan, dan makanan.

Negeri Industri Percetakan 3D

Banyak pemerhati industri mendakwa bahawa kekurangan penembusan ke pasaran massa sehingga kini telah disebabkan oleh paten yang banyak oleh syarikat-syarikat yang berlainan dan kemungkinan tindakan undang-undang harta intelektual. Ringkasnya, syarikat tidak membelanjakan sumber untuk mengeksploitasi teknologi kerana mereka takut didakwa.

Halangan untuk persaingan ini telah menyebabkan peserta baru keluar dari pasaran dan harga tinggi; terlalu tinggi, sebenarnya, untuk menyokong aplikasi pengguna pasaran massa. Dengan banyak paten yang merangkumi teknologi asas yang telah tamat tempoh pada tahun 2013 dan lebih lagi untuk tamat tempoh pada 2014 dan 2015, kemungkinan terdapat letupan produk baru dan pengurangan harga peralatan yang sama dengan penurunan dalam perkakasan elektronik lain seperti televisyen, komputer , dan telefon bimbit. Harga yang lebih rendah akan memberi akses kepada pengguna secara meluas untuk pertama kalinya.

Menurut Pete Basiliere, pimpinan Gartner penganjur percetakan 3D, aplikasi pengguna yang menarik - sesuatu yang hanya dapat dibuat di rumah oleh pencetak 3D - akan muncul pada tahun 2016 dan mempunyai kesan yang sama pada pencetak 3D sebagai spreadsheet untuk PC atau penambahan kamera ke telefon bimbit. Satu laporan oleh Gridlogics Technologies memproyeksikan bahawa teknologi akan menjadi item pasaran massa kerana ia akan membolehkan pengguna untuk menggantikan atau membuat objek isi rumah umum yang kini dihasilkan dengan kaedah pembuatan tradisional dan termasuk kos berkaitan pemasaran, logistik, dan penyelenggaraan inventori. Charles W. Hull, pencipta pencetak 3D pertama pada pertengahan 1980-an dan pegawai pengasas dan ketua teknologi 3D Systems, meramalkan industri itu akan menjadi perniagaan $ 4.5 bilion menjelang akhir dekad ini.

Aplikasi Percetakan 3D

Penggunaan masa depan percetakan 3D masih ditemui. Berikut adalah beberapa aplikasi semasa yang sedang berjalan yang mungkin digunakan secara umum dahulu.

1. Perubatan
Menurut CNN, pencetak 3D telah digunakan oleh penyelidik untuk mencetak jalur kecil tisu organ (bioprinting), serta pelengkap wajah (telinga dan hidung). Organ-organ bercetak seperti buah pinggang atau hati - peringkat seterusnya dalam evolusi teknologi - boleh digunakan pada mulanya untuk pengujian dadah dan vaksin dan akhirnya menghasilkan organ-organ yang sangat diperlukan untuk pemindahan.

Basiliere menyatakan, "Kemudahan bioprinting 3D dengan keupayaan untuk mencetak organ dan tisu manusia akan maju jauh lebih cepat daripada pemahaman umum dan penerimaan ramuan teknologi ini." Sebagai tindak balas, Mike Titsch, ketua pengarang Dunia Pencetak 3D mendakwa, "Banyak penemuan perubatan utama telah mengalami rintangan moral, dari pemindahan organ ke sel stem. Akankah orang kaya sanggup membelinya? Adakah kita bermain Tuhan? Pada akhirnya, menyelamatkan nyawa cenderung untuk mengalahkan semua bantahan. "

2. Limbungan Buatan
Pelajar Universiti Washington mengembangkan lengan prostetik untuk seorang gadis berusia 13 tahun yang telah kehilangan anggota badannya dalam kemalangan berperahu. Walaupun tidak selagi prostetik lain, kos $ 200 untuk bahan adalah jauh di bawah kos $ 6,000 peranti serupa, faktor yang menghalangi aplikasi yang meluas di banyak syarikat.

Kylie Wicker dari Rockland, Illinois, dilahirkan tanpa jari di tangan kirinya, menerima set operasi jari plastik bercetak 3D untuk kos $ 5 dan direka oleh kelas kejuruteraan sekolah tinggi. Seorang profesor Kanada sedang mengerjakan proses pencetakan 3D untuk membuat anggota prostetik dihantar ke Uganda untuk mangsa peperangan syaitan yang berterusan.

3. Fesyen
Fesyen telah menggunakan percetakan 3D untuk mencipta gaun dan aksesori visual yang menakjubkan yang dibentangkan di landasan fesyen New York Fashion Week 2013, serta pakaian unik "asap" yang diumumkan pada Pameran Motor Antarabangsa Frankfurt 2013. Pakaian asap secara automatik mencipta tudung asap setiap kali seseorang melangkah ke ruang peribadi pemakai.

Lady Gaga memakai pakaian terbang pertama di dunia, Volantis, satu lagi pakaian bercetak 3D, pada 2013 ArtRave. Continuum menawarkan bikini yang dicetak siap sepenuhnya, bikini yang sepenuhnya 3D, iaitu N12, yang dinamakan untuk bahan yang dibuatnya: Nylon 12.

4. Prototaip dan Model Ujian
Oxfam International, sebuah pertubuhan antarabangsa yang terdiri daripada 17 organisasi yang bekerja untuk mencari cara yang praktikal dan inovatif untuk mengangkat diri mereka daripada kemiskinan, bekerjasama dengan MyMiniFactory.com untuk membangunkan reka bentuk inovatif untuk menyelesaikan masalah kebersihan air di negara-negara Dunia Ketiga. Reka bentuk boleh dicetak dengan cepat, diuji, dan diubah suai sebelum memindahkannya ke dalam pengeluaran besar-besaran. Walaupun ia masih awal dalam proses, penaja percaya bahawa ujian pesat peranti baru dan pengubahsuaian berikutnya mungkin dengan pencetakan 3D akan membuktikan berjaya dalam projek-projek kemanusiaan seperti peranti sanitasi tangan untuk 2.4 juta pelarian Syria yang tinggal di dalam keadaan yang buruk dan tidak bersih.

Pencipta Itali Enrico Dini telah membangunkan pencetak 3D, yang dikenali sebagai D-Shape, yang mengikat zarah pasir bersama-sama untuk menghasilkan batu sedimen. Pencetak dikatakan membenarkan pembinaan sebuah bangunan empat kali lebih cepat daripada cara konvensional untuk separuh daripada kos. Urbee, sebuah kereta hibrid yang direka oleh Kor Ecologic, adalah dua tempat duduk yang mendapat sehingga 200 batu per galon dengan anggaran kos kira-kira $ 20,000, dan dihasilkan sepenuhnya oleh percetakan 3D.

5. Penggunaan Peribadi
Orang ramai dapat mencetak perhiasan, barang rumah, mainan, dan alat-alat khusus untuk apa jua saiz, bentuk, atau warna yang mereka kehendaki, serta dapat mencetak bahagian pengganti di rumah, daripada memerintahkan mereka dan menunggu mereka disampaikan . Menurut firma penyelidikan Strategi Analytics, pencetakan 3D rumah boleh berubah menjadi industri $ 70 bilion setahun menjelang 2030.

Pencetak 3D untuk makanan akhirnya mungkin menyelesaikan masalah untuk mendapatkan anak-anak makan sayur-sayuran mereka, kerana ibu bapa akan mempunyai keupayaan untuk membentuk mereka dalam pelbagai bentuk. Mungkin seorang anak kecil yang cerdik dapat yakin untuk makan kubis Brussels jika mereka telah disediakan dalam bentuk dinosaur.

Halangan untuk Percetakan 3D

Walaupun janji pencetak 3D adalah besar, terdapat halangan sama penting yang harus diatasi sebelum mencapai harapan pengembang industri.

1. Kekurangan Pencetak Pengguna yang Mudah, Murah
Pencetak 3D yang menjual kurang dari $ 1,000 mempunyai keupayaan terhad, sukar untuk dikendalikan, mungkin tidak boleh dipercayai, dan memerlukan pemasangan tangan untuk digunakan. Walaupun kecacatan ini akhirnya akan diatasi, ia mungkin memerlukan perbicaraan-dan-kesilapan yang banyak dan masa sebelum model pengguna yang berpatutan tersedia.

Artikel 2013 dalam strategi + nota perniagaan yang "tanpa mengira bagaimana pencetak 3D murah menjadi, kilang pembuatan akan terus menawarkan ekonomi skala dalam bahan mentah untuk mencetak artifak itu." Artikel itu juga mempersoalkan sama ada pengguna akan menggunakan pencetak 3D di rumah untuk membuat garpu plastik atau sekeping catur jika dia boleh membelinya dari Walmart tempatan.

2. Kekurangan Bahan Sesuai untuk Percetakan
Pencetak yang kini boleh didapati pada harga pengguna ($ 2,500 dan kurang) bergantung kepada teknologi pemodelan pemendapan berlapis dan plastik PLA dan ABS. Bahan ini tidak kukuh dan terbatas pada kebolehgunaan. Pakar percaya generasi akan datang perlu menggunakan komposit karbon dan logam jika ia berguna kepada pengguna biasa.

Artikel 2014 di UK The Telegraph mengejek penasihat teknologi baru yang mengisytiharkan niaga hadapan yang terang itu, dengan menyatakan bahawa pencetak 3D rumah yang berjaya juga "membuat model yang kelihatan seperti mereka telah ditinggalkan di radiator beberapa jam." Penulis terus memperhatikan bahawa walaupun sangat baik untuk memuat naik bahagian senjata ke Internet, tetapi tanpa cara untuk melakukan logam (pencetak 3D pengguna kapasiti belum ada), "lebih cenderung untuk mengambil lengan anda daripada api peluru. "

3. Perlu Pengetahuan Reka Bentuk CAD
Walaupun fail yang boleh dimuat turun untuk objek berbeza boleh didapati dari laman web seperti Thingiverse dan Shapeways, mereka biasanya teknikal dan mungkin tidak serasi dengan setiap pencetak 3D. Kerana gembar-gembur pemasaran yang mengelilingi pencetak, mereka mungkin digambarkan sebagai lebih mudah untuk beroperasi daripada pengalaman pengguna sebenar.

Tom Meeks, penyumbang kepada blog Pengguna 3D Pencetak, mencatatkan selari antara pencetak 3D dan sistem pembuat kopi Keurig dan kepentingan reka bentuk pengguna dan kemudahan kegunaan, dengan menyatakan bahawa ia mengambil Keurig 16 tahun untuk mendapatkan penerimaan pasaran yang ada hari ini. Dan harus diakui bahawa terdapat lebih banyak peminum kopi daripada pengguna pencetak 3D yang berpotensi. Pakar-pakar pemasaran percaya bahawa pencetak mestilah mudah untuk beroperasi sebagai pencetak laser atau dot matriks konvensional jika mereka mencari penerimaan yang luas.

4. Perlahan, Rapi, dan Berpotensi Berbahaya
Walaupun sempurna untuk objek yang satu-of-a-kind atau rumit, mahal, pencetak terlalu lambat untuk pengeluaran besar-besaran. Bahan-bahan yang digunakan dan pelepasan mereka semasa penggunaan, terutama serbuk, boleh menjadi kemas dan berpotensi toksik. Akhirnya, pencetak 3D semasa menggunakan plastik PLA beroperasi pada suhu yang sangat tinggi (220 hingga 230 darjah). Walaupun masalah ini tidak dapat diatasi, mereka akan mengambil masa dan pelaburan untuk diatasi.

Firman Akhir

Sama ada pencetak 3D akan mempunyai kesan televisyen, komputer, atau telefon bimbit seperti yang diharapkan oleh penyokongnya tidak diketahui. Apabila teknologi berkembang, kemungkinan dan manfaatnya tidak berkesudahan. Ia sememangnya teknologi yang pengguna bijak akan sedar dan bersedia untuk digunakan kerana ia matang dan menjadi produk pengguna.

Apa pendapat kamu? Adakah anda berminat untuk memiliki pencetak 3D??