Dzięki technologii druku 3D zrekonstuowano czaszkę Mikołaja Kopernika (CC By-NC-SA lisby1)
W nowojorskim Central Parku ktoś zastrzelił policjanta na konnym patrolu. Kula przeszła na wylot i utkwiła w ciele zwierzęcia, mocno go raniąc. By szybko namierzyć sprawcę, policjanci potrzebują pocisku, dzięki któremu sprawdzą, z jakiej broni go wystrzelono i skąd pochodzi. Tymczasem wyciągnięcie go może zająć kilka godzin. Policjanci nowojorskiego wydziału pościgowego nie mają tyle czasu. Na ratunek przychodzi technologia. Przy pomocy specjalnego skanera 3D technicy policyjni prześwietlili ciało zwierzęcia, zdobywając w ten sposób parametry naboju. Urządzenia natychmiast przesłało dane do komputera w laboratorium nowojorskiej policji.
– Dzięki drukarce 3D w kilkadziesiąt minut mieliśmy już replikę kuli, która zabiła policjanta i wiedzieliśmy, jaką bronią dokonano zabójstwa – tłumaczy Mac Taylor, szef laboratorium kryminalistycznego nowojorskiej policji.
Mac Taylor to główny bohater popularnego amerykańskiego serialu „CSI. Kryminalne zagadki Nowego Jorku”. Jednak technologia druku 3D, dzięki której w zaledwie kilkadziesiąt minut trzymał on w ręku replikę pocisku-dowodu zbrodni, jest jak najbardziej realna. I jest coraz chętniej wykorzystywana już nie tylko przez naukowców na uczelniach, ale także w biznesie: przez architektów i projektantów w branży lotniczej, motoryzacyjnej, czy budowlanej.
Eksperci, ekonomiści i przedsiębiorcy uważają, że 3D może dokonać rewolucji w sposobie produkcji towarów na całym świecie.
— Nie mam wątpliwości, że druk 3D będzie konkurować z masową produkcją na wielu polach – mówi tygodnikowi The Economist Neil Hopkinson, doktor z Uniwersytetu z Loughborough, który realizuje projekty badawcze przy użyciu drukarek 3D.
Technologia zmieni przede wszystkim ekonomikę produkcji w branżach, w których liczy się precyzja, a także dominuje produkcja na konkretne zamówienie, gdzie każdy klient chce zaprojektowany specjalnie dla siebie przedmiot. Eksperci podkreślają, że druk 3D będzie kolejnym katalizatorem rozwoju przedsiębiorczości, bo radykalnie obniży bariery wejścia do biznesu. Kiedyś sam pomysł czy projekt designerski nie wystarczył, by zaistnieć na rynku. Koszty rozpoczęcia produkcji, są wciąż zbyt wysokie, a ryzyko, że pomysł nie wypali — zbyt duże. Dziś, zanim firma uruchomi produkcję na masową skalę może dzięki drukarce 3D przygotować prototyp przedmiotu i sprawdzić, jak odbierany jest przez potencjalnych klientów. To znacząco obniży koszty i zmniejszy ryzyko w biznesie.
Miliony warstw w druku
Drukarka 3D, to urządzenie niewiele większe niż stojące dziś w biurach wielu firm duże drukarko-kopiarki. Różnica polega na tym, że w drukarce trójwymiarowej nie używa się papieru, a maszyna „powołuje do życia” realne przedmioty. Bez problemu można więc „wydrukować” w ten sposób replikę samochodu zabawki, statuetki Oscara, a nawet twarzy człowieka. Ograniczeniem jest jedynie to, że wykorzystywany obecnie sprzęt nie pozwala na tworzenie wielkich gabarytów. Zanim maszyna wydrukuje cokolwiek w trójwymiarze, gromadzi się informacje o przedmiocie. Następnie przesyła je się do specjalnego oprogramowania, które tworzy model przedmiotu w komputerze. Aplikacja pozwala również na zaprojektowanie wybranego przedmiotu całkowicie od podstaw.
Sam proces drukowania wygląda tak: oprogramowanie dzieli przedmiot na warstwy o grubości maksymalnie jednej dziesiątej milimetra. Może ich być, w zależności od wielkości danego przedmiotu, tysiąc, kilka tysięcy, a nawet kilkadziesiąt tysięcy. Wnętrze drukarki wypełnione jest materiałem, z którego ma być „wydrukowany” dany przedmiot. Budulec zależy od wymagań. Może być to wapno, plastik, a nawet różne formy materiałów wytrzymałych na wstrząsy czy uszkodzenia, na czele z tytanem, czy włóknem węglowym. Głowice, zamiast tradycyjnego atramentu, natryskują w materiał odpowiednie barwniki oraz utwardzacz, który wiąże sproszkowany materiał. Taki sposób wytworzenia przedmiotu może trwać nawet kilka godzin.
Od nauki do biznesu
Pierwszą dostępną komercyjnie drukarkę w tej technologii stworzyła w 1986 roku firma 3D Systems z Południowej Kalifornii. Od tamtego czasu inżynierowie na uczelniach, a także nieliczne jeszcze firmy, używają jej do tworzenia prototypów produktów. W taki sposób firma Pelikan Products z Torrance w Kalifornii, specjalizująca się w produkcji odpornych na uszkodzenia latarek, lornetek, a także walizek (głównie na zlecenie amerykańskiej armii), od blisko dziesięciu lat tworzy produkty do testów.
— Zanim rozpoczniemy testowanie wytrzymałości, musimy stworzyć prototyp, by sprawdzić, czy potencjalnym klientom odpowiada kształt i rozmiar — tłumaczy David Parker, twórca firmy.
Wraz z rozwojem technologii, druk 3D powtarza tę samą drogę, jaką wcześniej przeszły komputery. Od ogromnych maszyn używanych najpierw przez agencje rządowe, a potem duże firmy, sprzęt stawał się coraz mniejszy, coraz szybszy i coraz tańszy — zalewając masowy rynek. To samo dzieje się z drukarkami 3D. Pięć lat temu ceny takich maszyn zaczynały się od 150 tys. dolarów. Dziś sprzęt renomowanych firm kosztuje od 15 tys. do 25 tys. dolarów. To ciągle cena, którą mogą udźwignąć nieliczni. Jay Leno, gwiazdor amerykańskiej telewizji, kupił drukarkę 3D, dzięki której „drukuje” uszkodzone części do swojej bogatej kolekcji zabytkowych samochodów.
Sytuacja się wkrótce zmieni. Już pojawią się w sprzedaży drukarki 3D w cenach bardziej przystępnych dla mniej zamożnych klientów. Firma MakerBot na Brooklynie zbudowała drukarkę 3D, która kosztuje zaledwie 1 tys. dolarów, którą wykorzystuje do produkcji plastikowych pudełek pod konkretny wymiar.
— Potrzebowaliśmy drukarki 3D i nie było nas na nią stać, więc ją zbudowaliśmy — opowiada dziennikowi „New York Times” Bre Pettis z firmy MakerBot.
Według firmy konsultingowej Wohlers Associates, ponad 20 proc. przedmiotów, jakie drukowane są dziś na świecie w 3D to już gotowe produkty, które mogą trafić do sprzedaży, a nie zwykłe podzespoły czy repliki do celów naukowych. Zdaniem Terry’ego Wohlersa, szefa firmy, za dziesięć lat będą one stanowiły już 50 proc. towarów drukowanych w 3D. Dwa lata temu globalny rynek druku 3D wart był około 1,2 mld dol., a za pięć lat jego wartość się podwoi.
Druk 3D coraz częściej wykorzystywany będzie także w innych celach, takich jak np. zlecenie warszawskiej firmy 3D LAB. Ten dystrybutor amerykańskiego producenta Z Corporation, jednego z największych w branży, wykonał w ubiegłym roku na zlecenie Polskiej Akademii Nauk replikę czaszki Mikołaja Kopernika, odkrytą we Fromborku przed pięcioma laty.
Biznes obniży koszty dzięki 3D
Eksperci podkreślają, że 3D może zmienić wiele branż. Już wykorzystywana jest w lotnictwie, gdzie wiele elementów samolotów wykonuje się z tworzyw sztucznych, takich jak włókna węglowe. EADS Innovation Works, dział innowacji należący do producenta Airbusa wykorzystuje trójwymiarowy druk do budowy specjalnych komponentów tunelów testujących. Firma zaczyna już także wykorzystywać drukarki 3D do wykonywania niewielkich podzespołów z tworzywa takiego, jak proszek tytanowy. Tworzenie podzespołów z lżejszych materiałów pozwala liniom lotniczym obniżyć koszty. Eksperci branży lotniczej oszacowali, że każdy kilogram mniej w wadze samolotu pozwala zaoszczędzić 3 tys. dol. rocznie na paliwie. Dodatkowe korzyści to także produkcja bardziej przyjazna środowisku.
Drukarki 3D może zrewolucjonizować także medycynę, pozwalając firmom medycznym obniżyć koszty produkcji protez. Do wprowadzenia na rynek implantów kości udowych, wykonanych z tytanu przy użyciu drukarek 3D, przygotowuje się już amerykańska firma Within Technologies. Branże takie, jak lotnicza, medyczna, czy motoryzacyjna (części samochodów wykonywane na zamówienie), będą zdaniem ekspertów korzystać z drukarek 3D coraz częściej, bo pozwoli im to obniżyć koszty. Rozwój przyśpieszy także oprogramowanie 3D, dające klientom zupełnie nowe możliwości tworzenia własnych projektów różnego rodzaju przedmiotów. Firma Digital Forming pozwala swoim klientom, na projektowanie w 3D wyglądu telefonów i zmianę ich wyglądu.
– Taki sposób może być wykorzystany niemal w każdym produkcie konsumenckim, od biżuterii po meble. Nie mam najmniejszych wątpliwości, że ta technologia zmieni sposób w jaki produkujemy przedmioty – mówi Lisa Harouni, dyrektor zarządzająca Digital Forming.
Firmy Stratasys i EOS produkujące drukarki 3D używają ich nawet do produkcji podzespołów, z których budowane są same drukarki 3D.
Globalizacja 3D
By 3D na dobre zmieniło globalną produkcję, potrzeba czasu. Obecnie wciąż nikt nie rozpoczął produkcji na masową skalę, ale częściowo to wina ograniczeń technologicznych. Maszyny 3D wciąż nie są w stanie przejść do produkcji masowej. Zdaniem Neila Hopkinsona w ciągu pięciu lat to się jednak zmieni – zamiast drukarek 3D będziemy mieli do czynienia z wielkimi kompleksami drukarni 3D, zdolnymi wytwarzać produktu w tysiącach, a nawet setkach tysięcy sztuk. Wszystko na zlecenie: konkretny wymiar, kolor, kształt.
Niektórzy eksperci porównują to nawet do rewolucji, jaką spowodowało wynalezienie druku w XV wieku przez Gutenberga. Zdaniem Chrisa Andersona, redaktora naczelnego amerykańskiego magazynu nowych technologii „Wired”, druk 3D przyczyni się do kolejnej rewolucji przemysłowej, bo pozwoli każdemu na szybkie rozpoczęcie produkcji po niższych kosztach i szybkie osiągnięcie masowej skali. Wszystko dlatego, że ktoś, kto ma pomysł, nie musi wcale budować fabryki. Dzięki internetowi będzie mógł ją po prostu wynająć w dowolnym miejscu na świecie. A takie fabryki, zwane przez brytyjską firmę konsultingową Legerwood „farmami 3D”, będą się rozwijać i żyć ze zleceń na produkcję rzeczy wymyślonych przez designerów i przedsiębiorców. Dzięki temu, jak szacują analitycy Legerwood, czas od projektu do rozpoczęcia produkcji spadnie o 50-80 proc. w stosunku do czasu potrzebnego dziś.
W styczniu 2020 roku Wielka Brytania formalnie opuściła Unię Europejską. Oczekiwane korzyści z brexitu, poza odzyskaniem suwerenności w zakresie kształtowania prawa i zewnętrznych relacji gospodarczych, jednak się nie zmaterializowały. Widoczny jest natomiast spadek wydajności i konkurencyjności brytyjskiej gospodarki, co wpływa także na kondycję rynku pracy.
