40

Czemu z drukiem 3D nie jest tak kolorowo i nie trafi on do każdego domu?

Jednym z największych zapowiadanych przełomów w naszym życiu ma być druk 3D dla każdego. Ma on zrewolucjonizować fizyczne rzeczy, tak jak internet i MP3 rewolucjonizowały muzykę. Drukarki 3D stają się coraz tańsze, powstają nowe projekty domowych drukarek, które finansowane są przez zbiórkę pieniędzy np. na Kickstarterze. Mamy nawet polską drukarkę 3D. Wszystko to brzmi bardzo obiecująco, sam jestem entuzjastą tej technologii, jest jednak szereg […]

Jednym z największych zapowiadanych przełomów w naszym życiu ma być druk 3D dla każdego. Ma on zrewolucjonizować fizyczne rzeczy, tak jak internet i MP3 rewolucjonizowały muzykę. Drukarki 3D stają się coraz tańsze, powstają nowe projekty domowych drukarek, które finansowane są przez zbiórkę pieniędzy np. na Kickstarterze. Mamy nawet polską drukarkę 3D. Wszystko to brzmi bardzo obiecująco, sam jestem entuzjastą tej technologii, jest jednak szereg powodów dla których drukarki nie trafią do domu każdego Kowalskiego, a na pewno nie w najbliższej przyszłości.

Gdy mówimy o druku 3D, oczami wyobraźni widzimy jak klikamy drukuj i wyciągamy ze skrzyni drukarki 3D przedmiot, który powstał w prawie magiczny sposób. Problem polega na tym, że cały proces jest znacznie bardziej skomplikowany, a my go w swoich wyobrażeniach pomijamy. Nie myślimy o powstawaniu takiego przedmiotu krok po kroku, tak jak faktycznie przebiega ten proces. Z resztą nawet zwykłe drukarki, drukujące na kartce papieru, to jedno z najbardziej problematycznych urządzeń (w śród tych najbardziej popularnych), często są problemy ze sterownikami, zasychającym tuszem, wymianą proszku, kartkami, które się albo rwą, albo drukarka bierze ich po kilka na raz. Powstał nawet komiks czemu drukarki to zło w czystej postaci stworzony przez Oatmeal, a Grzegorz Marczak zastanawiał się, jak to możliwe, że drukarki, które są z nami tak długo wciąż sprawiają tyle problemów. Mówiąc krótko, ja zredukowałem ilość drukowanych kartek do absolutnie niezbędnego minimum (oficjalne dokumenty), a przecież drukowanie 3D jest wielokrotnie trudniejsze do zrealizowania…

Problem pierwszy – projekt przedmiotu

Projekty przedmiotów do druku nie biorą się z powietrza, tak jak wydruk na kartce papieru trzeba poprzedzić stworzeniem dokumentu tekstowego, tak druk 3D trzeba poprzedzić projektem 3D. Tu mamy pierwszy problem i to od razu dużego kalibru. Ile procent użytkowników komputerów potrafi obsługiwać jakiekolwiek oprogramowanie 3D? Wymagana jest dość specjalistyczna wiedza na temat wierzchołków, krawędzi, płaszczyzn. Samo poruszanie się w trzech wymiarach na płaskim monitorze jest pewnym wyzwaniem. Wie o tym każdy, kto próbował zaprojektować cokolwiek i myśląc, że rysuje pionową linię, narysował znacznie dłuższą linie mocno pochylona widzianą z takiej a nie innej perspektywy. Zaufajcie mi, zbudowanie najprostszego projektu zgodnie ze swoimi oczekiwaniami to kilka tygodni intensywnej nauki. A potem przychodzi czas na naukę optymalizacji takiego projektu.

montana

Pół biedy, jeżeli chcemy po prostu wydrukować kubek. Najwyżej okaże się, że jest trochę większy lub mniejszy niż chcieliśmy, ale co jeżeli potrzebujemy część, która z dokładnością do dziesiątych części milimetra musi pasować do innych elementów? To już zadanie niemalże inżynierskie, a mówmy tylko o zrobieniu uchwytu na telefon do samochodu. Dodatkowo projektowanie do druku 3D różni się od projektowania całkowicie wirtualnego, gdzie wynikiem jest tylko render, czyli finalny obraz. Trzeba zdawać sobie sprawę z ograniczeń drukarki i druku określonym materiałem o określonych właściwościach. Trzeba wiedzieć np. że drukarka nie jest w stanie wydrukować nawisu o nachyleniu większym niż 45 stopni, bo plastik zacznie zastygać w powietrzu. Wyprodukowanie chociażby trójwymiarowej litery M nie jest możliwe od tak, przy zastosowaniu zwykłej technologii podgrzanego plastiku. Trzeba zastosować dodatkowe elementy wspierające konstrukcje i usunąć je ręcznie po wykonaniu wydruku. Proces wymaga specjalistycznej wiedzy, specjalistycznego oprogramowania i doświadczenia. Mówiąc krótko, może dziesiąta część promila użytkowników komputerów jest w stanie obsłużyć drukarkę 3D i zaprojektować coś pod jej kątem.

Handel projektami i dedykowane warsztaty

Rozwiązaniem pierwszego problemu mogą byś specjalne sklepy z projektami, które można pobrać i wydrukować u siebie w domu. Pisałem o Shapeways, w którym twórcy mogą zarabiać sprzedając swoje projekty. Wówczas specjalistyczna wiedza nie jest konieczna. Pytanie czy w takim sklepie znajdziemy akurat to czego szukamy? Czy będzie tam akurat taki projekt, który jest nam potrzebny? Zapewne czasem tak, a czasem nie. Gdy będziemy potrzebowali części na wymianę, bo plastikowy element w naszym odkurzaczu się ułamał, prawdopodobnie jej nie znajdziemy i będziemy musieli taki projekt zamówić. Ale zaraz – czy to samo w sobie nie jest już zaprzeczeniem drukarki 3D w każdym domu, skoro zamiast samemu drukować własne projekty, ściągamy gotowe, cudze projekty i zlecamy wykonanie specjalistom? Czy nie okaże się, że zlecenie samego wydruku będzie znacznie bardziej opłacalne niż szarpanie się z własną drukarką we własnym domu?

Problem drugi – wydajność, koszty, opłacalność

Nawet gdy umiemy projektować samemu bądź wystarcza nam możliwość drukowania cudzych projektów, to pozostaje problem parametrów drukarki 3D. Przede wszystkim wydruki to długi proces, od kilkudziesięciu minut do wielu godzin, a nawet całego dnia. Oczywiście, im proces dłuższy, tym większa szansa, że coś pójdzie nie tak. Myślę, że trafnym porównaniem będzie tutaj wypalanie płyt za czasów pierwszych nagrywarek. Wypalenie jednej płyty trwało kilkadziesiąt minut, czyste płyty były drogie, a zdarzało się, że trzy trzeba było zepsuć, żeby dopiero czwarta czytała się poprawnie.

overextrusion

No tak, powiecie, ale dzisiaj wypalenie płyty to 2 – 3 minuty i efekt jest w ogromnej większości przypadków zadowalający. To prawda, rozwój technologii zapewne zwiększy prędkość i niezawodność drukarek 3D. Prawdopodobnie jak w przypadku nagrywarek, zajmie to ładnych parę lat, ale pewnie się uda. Wciąż jednak tłoczenie płyt jest znacznie szybsze i tańsze, niż ich wypalanie. To samo tyczy się produkcji przedmiotów w fabrykach w kontraście do ich drukowania. Różnica polega na tym, że największą zaletą nagrywarek jest możliwość wypalenia własnych zdjęć i innych prywatnych danych, bo do tłoczni nie mamy dostępu ani nie chcemy setek tysięcy kopii naszych plików, podczas gdy ustaliliśmy, że własne projekty dla ogromnej większości potencjalnych posiadaczy drukarek 3D są poza zasięgiem. Dlatego kupowanie gotowych przedmiotów lub zlecanie wydruku może okazać się znacznie praktyczniejsze, niż tworzenie ich w domowym zaciszu.

Nie mówiąc o tym, że tworzywo z drukarek ma szereg ograniczeń, których produkty z fabryki mieć nie muszą. Standardowe tworzywo robi się miękkie w temperaturze 50 stopni celsjusza, czyli w zasadzie postawione za szybą samochodu stojącego na słońcu. W tej chwili nie ma drukarek potrafiących drukować tworzywem odpornym na większa temperaturę niż 200 stopni, co wyklucza zastosowanie takich produktów np. w okolicach silnika samochodowego. Ograniczeń jest oczywiście znacznie więcej.

Problem trzeci – precyzja kontra szybkość

Na chwilę obecną drukowanie polega na dozowaniu podgrzanego tworzywa sztucznego ze specjalnej dyszy, która standardowo ma średnicę 0,4 mm, co oznacza dokładność szczegółów na poziomie jednego milimetra. Wbrew pozorom, jest to mocno zgrubne wykonanie. Wiele zwykłych produktów na rynku ma dokładność znacznie większą. Nawet panele podłogowe, które są przecież z drewna, na łączeniach mają dokładność rzędu jednej setnej milimetra lub jeszcze większą. Oczywiście można drukować dokładniej, stosując mniejszą dyszę, problem polega na tym, że wówczas wraz ze wzrostem dokładności zwiększa się czas konieczny do produkcji, bo tą samą bryłę trzeba zapełnić cieńszymi warstwami plastiku. To może oznaczać wydłużenie produkcji z kilku godzin do kilku dni. Mówiąc krotko, duże i precyzyjnie wykonane przedmioty są na razie poza zasięgiem, przynajmniej zakładając rozsądne ramy czasowe i rozsądne koszty.

treefrog_head_hidef

Są inne technologie druku 3D ale…

Oczywiście każdą z tych przeciwności można pokonać nowym rodzajem technologii, np. drukowaniem przy wykorzystaniu proszku, nawet metalowego, i podgrzewania laserem. Rzecz w tym, że te inne technologie są zwykle bardzo drogie i na dodatek znacznie mniej praktyczne w warunkach domowych – zastosowanie proszku brudzi. Podejrzewam, że również mocno śmierdzi. W efekcie najbardziej zaawansowane technologie są wciąż daleko poza zasięgiem użytkowników domowych.

To wszystko nie znaczy, że druk 3D nie jest godny uwagi

Autor tekstu, na bazie którego stworzyłem ten artykuł, porównuje druk 3D do innych technologii, o których wiele się swojego czasu mówiło, ale nigdy się nie spopularyzowały. Przykładem może być tutaj np. wirtualna rzeczywistość, która działała na wyobraźnie już w latach 80 i przez cały czas wydawało się, że jest na wyciągnięcie ręki, ze za chwilę stworzą okulary i czujniki pozwalające przenieść się całkowicie w wirtualny świat. Tym czasem po przeszło 20 latach udało się wprowadzić telewizory i ekrany 3D, a sam efekt wydaje się mocno przereklamowany. Dopiero świeży projekt Oculus Rift ma szansę to zmienić, ale nawet gdy odniesie sukces jego zastosowanie jest mniej uniwersalne niż zakładały projekty z lat 90 ubiegłego wieku. Autor artykułu do którego linkuję wraca również uwagę, że broń palna wykonana na bazie rur ze sklepu hydraulicznego będzie bardziej trwała i skuteczna, niż taka, którą sobie wydrukujemy. Stąd część szału na tle druku to czysta teoria, albo wręcz fikcja.

hype_cycle

Nie oznacza to jednak, że druk 3D skończył się jeszcze zanim się na dobre zaczął. Uwzględniając opisane ograniczenia druk przedmiotów w domu jest już możliwy – to ogromny postep. Drukarki 3D z pewnością wprowadzą istotne zmiany na rynku przemysłowym. Być może powstaną punkty z drukiem 3D, tak jak dzisiejsze punkty Xero. Osoby chcące tworzyć przedmioty i zdecydowane poświęcić swój czas na opanowanie modelowania trójwymiarowego i drukowania 3D mogą osiągnąć bardzo ciekawe, nieosiągalne wcześniej efekty. Powstanie zapewne wiele biznesów opierających się o tę nową technologię. Wciąż nie oznacza to jednak, że drukarki 3D zawitają chociażby w 1/10 domów, w których obecnie znajdują się zwykłe drukarki albo, że nadają się do wszystkiego, bo często jest to zwyczajnie nieopłacalne.

Jeżeli temat was zainteresował i chcecie poszukać więcej informacji na temat technicznych aspektów drukowania 3D, odwiedźcie blog 3D printer improvements, którym się posiłkowałem podczas pisania tego artykułu i z którego pochodzą wszystkie obrazy.