Nyomtatás – három dimenzióban

Napjainkban egyre többet lehet hallani a 3D nyomtatásról, méghozzá nem véletlenül: egy rendkívül hasznos technológiáról van szó, ami eredetileg csak nagyon komoly anyagi háttérrel volt elérhető, de mára már ott tartunk, hogy alkalmas lett az otthoni felhasználásra is.
A gyors prototípus-készítés az autó- és repülőgépipar már évtizedek óta bevált eljárása. Az iparban kétféle gyors prototípusgyártási technikát különböztetnek meg: additívat (a nyomtatóanyag folyamatos adagolásával) és szubtraktívat (az anyag folyamatos kivonásával). Amíg a szubtraktív eljárás lebontó módon hozza létre a terméket forgácsolással, csiszolással, vágással illetve marással, addig az additív nyomtatás során a tárgyat egészen vékony, gyakran pár mikrométeres vízszintes keresztmetszeteiből ragasztja össze, építi fel. Az additív a szubtraktív technológiától eltérően nem igényel ipari vagy gyári környezetet, teljesen hulladékmentes eljárás. Viszonylag alacsony költséggel és nagy precizitással készíthetőek el a kész termékek.
A legelső additív technológiájú 3D nyomtatót Jim Bredt és Tim Anderson építette meg a Massachusettsi Műszaki Egyetemen 1955-ben. Egy tintasugaras nyomtatót úgy alakítottak át, hogy az tinta fecskendezése helyett különböző rétegeket olvasztott egymásra. Így a rétegek egymásra nyomtatásával térbeli alakzatokat hoztak létre.
Az additív gyártástechnológiák (ráolvasztás, sztereo litográfia, szelektív lézeres szinterezés, stb.) eltérő módon, ám lényegében hasonló eljárással készítik el a térbeli formát. A nyomtató a digitális modell beolvasásakor vékony vízszintes metszetekre bontja a tárgyat és a metszetek alakjával és vastagságával megegyező, sorban illeszkedő rétegeket képez folyadékból, porból vagy sík lemezekből, ezáltal rétegről-rétegre fokozatosan felépíti a térbeli tárgyat. A rétegek az eljárástól függően önmaguktól vagy hőkezeléssel egymáshoz tapadnak. Ezzel a módszerrel bármilyen formát vagy geometriai testet elő lehet állítani. A nyomtató felbontását a rétegek vastagsága (0,1–0,016 mm) és a részecskék átmérője (0,05–0,1 mm) határozza meg.
A 3D nyomtatókat manapság már az építészetben is nagy sikerrel alkalmazzák. A sanghaji központú építőipari vállalat, a WinSun Decoration Design Engineering 12 évet fordított a 6,6 méter magas, 10 méter széles és 150 méter hosszú speciális, házak nyomtatására alkalmas 3D nyomtató fejlesztésére. Ez a hatalmas nyomtató naponta 10 darab, egyenként 200 négyzetméteres ház építőelemeit képes legyártani újrahasznosított építési hulladékból és üvegszállal kevert cementből.
Az orvostudományban most kezd széles körben elterjedni a 3D nyomtatás a protézisek, ortopédiai implantátumok készítése során, amelyeket CT-, illetve MRI-szkennelés segítségével pontosan a páciensekre szabnak. 2008-ban először kapott 3D nyomtatással készült lábprotézist egy beteg. A műláb minden alkatrészét (térd, lábfej, stb.) egyben nyomtatták ki, nem volt szükség összeszerelésre.
Hamarosan piacra kerül a spanyol Natural Machines „Foodini” nevű terméke, az első otthoni felhasználásra alkalmas ételnyomtató. A hozzávalók betöltése után a színes LCD-kijelző segítségével már csak ki kell választani az adatbázisából, hogy pontosan mit szeretne az ember, és csak várni, amíg el nem készül. A készülék beépített szkennerrel is rendelkezik, így már meglévő ételek lemásolására és feldíszítésére is alkalmas.
A legtöbb hobby-szintű „háztartási” 3D nyomtató az anyagextrudáció módszerét használja, melynek során egy nyomtatófej az olvadt műanyagot rétegenként kibocsátva hozza létre a megfelelő formákat. Legfeljebb 8-10 hüvelyk átmérőjű tárgyakat tudnak előállítani nylonból és más egyéb műanyagokból. Az ilyen 3D nyomtatók egyszerre csak egy- vagy kétszínű műanyagfonalat (filament) tudnak használni, amit menet közben nem lehet cserélni. Azonban több részt külön-külön kinyomtatva és azokat összeragasztva elő lehet állítani egy több színből álló tárgyat. Nyomtatási pontosságuk minden irányban 0,1mm, ami elegendő a legtöbb tárgy előállításához. Az összetettségtől és a nyomtatási pontosságtól függően a tárgy előállítása akár több órába is telhet. A hobby-szintű háromdimenziós nyomtatók kis méretük és lassúságuk ellenére érdekes alternatívát jelentenek dísztárgyak és játékok előállítására otthoni körülmények között.
Az otthoni 3D nyomtatók még nagy fejlődés előtt állnak. Jelenlegi áruk (300–2000 USD) szerény képességeikhez képest igen borsosnak tűnhet, azonban azt se felejtsük el, hogy ez még csak a kezdet. 30 éve az első lézernyomtató is 3000 USD-s árcédulával indult, ma pedig már majdnem mindegyik számítógép mellett megtalálható.