A 3DP-t (3D nyomtatást) sokan a huszonegyedik század új üdvöskéjének tekintik. De vajon tényleg minden vonása olyan pozitív, mint amilyennek állítják?
A 3D nyomtatás vagy additív gyártás egy folyamatot jelent, amely háromdimenziós szilárd tárgyakat hoz létre egy digitális fájlból. Az additív folyamat során egy objektum jön létre egymást követő rétegek felépülésével, amíg a teljes objektum össze nem áll egésszé. Mindegyik rétegre a céltárgy egy nagyon vékony, vízszintes szeleteként érdemes tekinteni.
A technológia régebbi, mint amilyennek elsőre gondolnánk: a SCULPTEO cég kutatása alapján a 3D nyomtatás története az 1980-as évekig nyúlik vissza – és megoldást jelenthet a jövő megannyi problémájára. Az alábbi idővonal összefoglalja, miként alakult a 3D nyomtatás fejlődése.
Készítette: Csonka Zsófia / lumens.hu
Mérnöki pontosság
A szakma tagjai üdvrivalgással fogadták a nyomtatót, amely a tervezés fázisait gyorsítja föl a makett vagy modell valósággá tételével. Amellett, hogy a tervezett tárgyat kézbe foghatják, teszteknek is alá tudják vetni, ami nem utolsósorban a későbbi hiba ehetőséget csökkentik töredékére. Az eddigi legnagyobb hazai modellt az Akváriumba látogatók meg is csodálhatták néhány napon keresztül 2015 májusában, amely a Dunán tervezett, a magyar és szlovák partokat összekötő hidat ábrázolja. A maga 2,6 méterével azonban a mi magyar hídmakettünk elveszik a nyugati minták méretei, például az MX3D cég kezdeményezése mellett, mely során Amszterdam belvárosában egy csatorna fölött építenek hidat, de helyben nyomtatva, előre gyártott elemek nélkül. A projekt olyan nagy támogatottságot ért el, hogy azóta több helyszínen, városon kívül és belül és épülnek a holland hidak emberi kéz beavatkozása nélkül. Ennél kézenfekvőbb példát is találunk a mérnöki kategóriában: az autó- és gépgyártás már évek óta alkalmazza a 3D nyomtatást olyan elemeknél, melyek más technológiával nehezen, nagy anyagveszteséggel vagy csak hosszú idő alatt állíthatók elő.
A házépítés ma vályogtégla helyett előre gyártott elemekkel és időtálló betonnal történik. Ezt távolítja a régi megoldástól még messzebbre 3D nyomtatás, mely lehetővé teszi monolit épületek felhúzását minden emberi beavatkozás nélkül. Erre példát is láthatunk Amerikában, ahol régi, kunyhóhoz hasonlító épületeket hoznak létre a jelenleg ismert legnagyobb nyomtatóval, 12 méteres magasságig.
Szintén ajánljuk: A nagy alvás - a felfüggesztett életműködés titkai
Az antennák minden épület tetejét uralják, hatékonyságuk azonban változó. Kutatók kísérleteznek olyan antennák nyomtatásával, melyek jelfogása és továbbítása messze meghaladja az átlag parabolák teljesítményét. Megjelenésük a piacon azonban még várat magára.
A leggyakoribb anyagok mellett (ABS, FFF, PLA, PVA) új lehetőségek is megjelentek a nyomtatásban: az egyre inkább hanyagolt üveget kezdték el 3D nyomtatóval kombinálni, és az eredmény egy 1000 Celsius fokon működő, szépséges tárgyakat készítő gép lett.
Mindent nem lehet műanyagból előállítani, de ez sem probléma: a MultiFab 3D nyomtatói olyan összetett tárgyak nyomtatására képesek, mint senki másé a versenytársak közül: jelen állás szerint tíz különböző minőségű és színű anyagot képesek egy tárgy létrehozása során használni.
Az adattárolás fejlődése majdnem követhetetlen gyorsaságot ért el a XXI. századra, és nem véletlen, hogy ez a 3D nyomtatás fejlődésében is szempont. Kísérletező mérnökök egy olyan memóriaformán, polymeren és ezzel nagy mennyiségű adat tárolására képes technológia kidolgozásán munkálkodnak, amely a hosszú távú tárolást és még kisebb helyigényt tartja szem előtt.
Orvoslás és gyógyászati előnyök
Ha megnézzük a Nature magazin idén publikált, 3D nyomtatással foglalkozó cikkeit, azt látjuk, hogy legalább az 50%-a orvosi témával kapcsolatos kutatásról és felfedezésről szól. Valóban fantasztikus eredményeket ért el a nyomtatás új szemléletű megközelítése – és felhasználási területei a képzelet határait súrolják. Nézzük a legextrémebbnek tűnőt: az ember idegei elméletileg nem nőnek vissza maguktól, tehát pótolnunk kell a helyes működés érdekében. Arra azonban senki nem mert gondolni ötven, sőt tíz évvel ezelőtt sem, hogy ezt a problémát egy nyomtató fogja megoldani. A ScienceAlert magazin közlése szerint, már nem csak kísérleti szinten, hanem élő emberen, éles helyzetben is kipróbálták a „mű-idegeket”. És ez az újítás megjósolhatatlan lendületet fog adni az orvostudománynak, azon belül is a sebészetnek. Mára eljutott oda a 3D nyomtatással való kísérletezés, hogy szöveteket és szerveket vagyunk képesek nyomtatni és sebészeti beavatkozások során sikeresen a betegbe ültetni. Ezt nagyban segíti az a Nature magazin által közölt felfedezés: a korábbi, döntő többségében műanyagból álló tárgyak alkotói közé fehérjéket kevertek, így az állagra, viselkedése és megjelenése is a valódi szövetéhez közelít. Ennél is extrémebb példa az, amikor fémből készített protézist használtak egy páciens mellkasában, mivel az olyan súlyosan megsérült, hogy komoly tartóerőre volt szükség a tüdő és a mellkasi tér megtartásához.
A jelenlegi kísérleti területek az orvosi szférában az embrió nyomtatás – mellyel a mesterséges megtermékenyítés külső térben és emberi szövettől mentesen mehetne végbe –, valamint az ember legfontosabb érzékszervének, a szemnek mesterséges úton történő reprodukciója. A sebészgyakornokok már találkozhattak a harmadik kísérleti alannyal, a 3D nyomtatott emberi szívvel, amely ha beválik, megváltoztathatja a transzplantációs rendszert és az emberi élethez való hozzáállást.
Fotó: Jonathan Juursema
A protézisek eddig is leginkább műanyagból épültek föl, azt azonban nem tették lehetővé a technikai feltételek, hogy személyre szabott, egyedi tagokat, karokat, csontokat és fogakat kapjanak a páciensek. Most azonban olvashatunk olyan példákról, ahol a fogorvos vagy a plasztikai sebész nem egy katalógusból választja ki a legmegfelelőbb protézist, hanem a korábbi állapotot vizsgálva, a páciens paramétereit milliméteres pontossággal feljegyezve, személyre szabott megoldást kínálnak a teljesebb életért.
Szintén ajánljuk: "Gyakorlatilag egy önálló tudományág nőtt ki az általunk elindított kutatásból" - Csányi Vilmos etológus a humán evolúcióról
Kísérleti szinten, de elindult a gyógyításhoz kapcsolódva egy másik ága a 3D nyomtatásnak, mégpedig a gyógyszerek alternatív úton való előállítása is.
Variációk egy témára
Extrém ötletekből sincs hiány – ilyen például az első, 3D nyomtatással létrehozott elektronikus hegedű. Egy francia alkotó a teljes, most készülő animációs filmjét nyomtatójával kettesben szeretné létrehozni: a környezet, a figurák és a legapróbb részletek is műanyagból, nyomtatva kerülnek majd a vászonra.
Az űrben reggelizni, olvasni, fényképezni, és még 3D nyomtatni is lehet – erről olvashatunk a Scence et avenir francia újság oldalán, melynek beszámolója szerint második alkalommal sikerült távvezérléssel tárgyat létrehozni az űrben. Bár most még a 3D előnyeit boncolgatjuk, van, aki már tovább is lépett és 4 dimenzióba lépteti a tárgyait. Tagadhatatlan, hogy az ember változik, és a sebészeti úton beleépített szerv nem tud öregedni gazdájával, így hasznos a kutatás, melyben azt a lehetőséget próbálják technológiává alakítani, amelyben az idő, a negyedik dimenzió, segíti a tárgyak élőbbé válását. A protézis tehát az emberrel öregszik, az anyag idomul a viselőjéhez és majdnem „igazi hamisságot” mutat.
Mindeközben bárki bemehet egy műszaki áruházba, és vehet egy 3D nyomtatót: ára már elérte a megfizethető küszöböt és a szolgáltatás is egyre gyakoribb vonzópontja a nyomtató szalonoknak. Letölthető modellekkel lehet kezdeni a saját nyomtatást, majd ha valaki nagyon belelendül, a határ a csillagos ég: egyedi tervezésű ékszerek és emléktárgyak bővítik az ajándékozás már amúgy is széles palettáját.
Fotó: Subhashish Panigrahi
Mellette vagy ellene?
Olvasni azonban a fenti érdemek ellenére olyan írásokat, melyek a nyomtatás jövőjét kérdőjelezik meg. Szót kell emelni a levegő védelmében, melyet a ScienceDirect egyik publikáló kutatója is megtett. Kutatásában rámutat, mivel nem számoltak a lelkes mérnökök a nyomtató fejlesztése és használata során. A nyomtatás folyamata rövid, azonban kémiai szempontból igen pezsgő időszak, mely rendkívül igénybeveszi a levegőt, mint közeget: a kisméretű aeroszol részecskék mennyisége jelentősen emelkedik egy-egy nyomtatást követően, és akár az embert, akár a természetet nézzük, ennek káros következményei lehetnek.
Fontos továbbá kiemelni, hogy a házi nyomtatók térnyerésével a tárgyak előállítása ellenőrizhetetlenné válik. Azt, hogy ki mit nyomtat magának, nincs joga egyetlen hatóságnak sem ellenőrizni vagy felülbírálni, ezért eljöhet a nap, amikor emberek ezrei indulnak el úgy reggel munkába, hogy saját gyártású lőfegyver vagy egyéb, másra is veszélyes eszköz lapul a táskájukban. A nyomtatás etikai kérdéseket is felvet például az emberi sejtek, szövetek és szervek kapcsán. Biztos, hogy idáig el kell merészkednie a tudománynak? Nincsenek határai a beavatkozásnak? Erre keresi a választ több kutató, döntés azonban nem született még egy államban sem arról, hogy mit szabad nyomtatni, és mi kerül tiltólistára.
Mindemellett a technológia további használatát és fejlesztését támogatják. Többek közt figyelembe kell venni, hogy az additív folyamat során a hulladék mennyisége a nullát közelíti, nincsenek fölöslegesen gyártott, raktárakban álló árucikkhalmok, mert mindent kérésre és valós igényre gyártanak – és nem utolsósorban az újrahasznosítás már ott tart, hogy a PET-palack formájában gyűjtött műanyagot beolvasztva új, használható tárgyat tudunk gyártani belőle. A vita természetesen még nagyon sokáig folytatódni fog.
Csonka Zsófia
