A 3D-nyomtatás ötlete alig húsz éve vetődött fel. 1995-ben két amerikai doktorandusz, Jim Brendt és Tim Anderson úgy módosított egy tintasugaras nyomtatót, hogy az nem tintát fecskendezett, hanem műanyagrétegeket olvasztott egymásra. Az ötlet lassan terjedt, mert a 3D-nyomtatók hatalmas szerkezetek voltak, amelyek drágán hoztak létre háromdimenziós formákat – szűkös felhasználási lehetőséggel. Az utóbbi néhány év azonban meghozta az áttörést. Határ a csillagos ég, mondhatnánk, ami igaz is, hiszen egy augusztusi hír is ezt erősíti.
A repülőgépgyártók évtizedes törekvése az alkatrészek tömegének csökkentése. Egy minapi Guinness-rekord azt bizonyította, hogy ezen a területen is hatalmas lehetőségekkel kecsegtet a 3D-nyomtatás: a Boeing és az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium különleges (és hatalmas) 3D-nyomtató segítségével kinyomtatta a világ első egyetlen darabból álló repülőgépszárny-elemét, amelyet a Boeing következő generációs 777X jet gyártása során tesztelnek – írta a Digital Trends. Az 5,3 méter hosszú, 1,68 méter széles, 40 cm vastag, egyetlen darabból álló szárnyelemet 748 kg-nyi speciális, hőre lágyuló anyagból készítették 30 óra alatt. Hagyományos eljárással és jóval drágább fém alapanyagokból ugyanez az elem három hónap alatt készülne el.
Mint a legókockák
– A 3D-nyomtatókba sokféle anyag kerülhet. A leginkább elterjedt műanyagszál-olvasztásos technológia (FDM) jellemzően hőre lágyuló polimerszálakkal dolgozik: a fúvókán kipréselt olvadék egyből megszilárdul. Az ilyen műanyagok ma már számtalan változatban elérhetőek. Az ipari fröccsöntésben is használtaktól kezdve a környezetbarát, biológiailag lebomló politejsavon át különleges, egzotikus anyagok jelentek meg, melyek ugyanazokon a gépeken nyomtathatók. Ezekhez fűrészporadalékot adva fahatású tárgyakat tudunk készíteni, fémporadalékkal polírozható, fémhatású tárgyakat gyárthatunk, de léteznek gumiszerűen rugalmas, sötétben világító vagy éppen vezetőképes változatok is – említ néhány példát Szabó Péter, a 3D Akadémia vezetője.
Sokkal pontosabb eljárás a sztereolitográfia (SLA), amely fényérzékeny műgyantarétegeket keményít rétegről rétegre, akár századmilliméteres vastagságban. Itt az alapanyag minden esetben műgyanta, amely jelentősen korlátozza a felhasználhatóságot. Éppen ezért ez az eljárás jellemzően ipari és művészeti tárgyak, prototípusok előállítására alkalmas – nem beszélve arról, hogy az SLA készülékek több tízmillió forintba kerülhetnek.
A lézerolvasztásos technológia a 3D-nyomtatás jelenlegi csúcsa, ezek a gépek ugyanis fémekkel (acél, alumínium, titán, arany, ezüst, ötvözetek) is tudnak dolgozni. Az eljárás jelenleg még rendkívül drága, egy kisebb alkatrész legyártása is több százezer forintba kerülhet, éppen ezért csak olyan komplex, egyedi alkatrészek gyártásához használják, amelyeket a hagyományos technológiákkal nem vagy csak nagyon sok darabból készíthetnének el.
Az újtól ódzkodók körében felmerülhet, hogy mennyire tartósak ezek a nyomtatványok. Ez minden esetben a felhasznált alapanyag és technológia függvénye. Például egy műanyag szálas gépen készült alkatrész közel olyan tartós marad, mint az ugyanebből az anyagból készült fröccsöntött változatok. A mindenki által ismert legó építőkockák is ilyen anyagból készülnek, és mindenki tudja róluk, hogy harminc év után sem változtatják meg a színüket vagy formájukat. Ezzel szemben a műgyantából nyomtatott alkatrészek magasabb hőmérséklet vagy ultraibolya fény hatására deformálódhatnak, elszíneződhetnek. A fém alkatrészek természetesen szintén ugyanolyan tartósak, mint a nem 3D-nyomtatással készült változataik.
Az FDM technológiájú nyomtatók a legszélesebb körben elterjedtek: akár otthoni használatra is beszerezhetünk egyet, hiszen egy laptop áráért már bárki vehet magának asztali 3D-nyomtató készüléket. Amellett, hogy a legkedvezőbb az áruk, ezekkel a gépekkel végezhető el a legtöbb feladat. A felhasználható és megfizethető árú alapanyagoknak köszönhetően ezek a készülékek már nem csupán ipari prototípusok gyártására alkalmasak, hanem kis szériás sorozatgyártásra, funkcionális, egyedi végtermékek előállítására is. Talán ebben rejlik a legnagyobb potenciál, hiszen bárki, aki rendelkezik egy asztali 3D-nyomtatóval, egy minigyár birtokosa is egyben. Egyedi, személyre szabott termékeket gyárthat helyben.
– A műanyagszál-olvasztásos nyomtatásnak köszönhetően vélhetően tárgyi kultúránk is átalakul. A fröccsöntéssel (jellemzően a Távol-Keleten) tömeggyártott termékek felől a világ elmozdul majd a helyben, egyedileg gyártott termékek felé. A design tehát maradhat globális, a termékek azonban testre szabhatóak lesznek. Egyszerűen letölthetjük a kívánt, például a mi méretünknek megfelelő ruhadarabot, amelyet néhány óra alatt kinyomtathatunk magunknak. A technológiának talán egyetlen hátránya van: a tizedmilliméteres pontosság, melynél sokkal jobbat nem lehet elérni ezzel az eljárással – figyelmeztet Szabó Péter, aki úgy látja, az összes többi eljárás egyelőre csak ipari és tudományos alkalmazásokban használatos, hiszen több tíz- (vagy akár több száz-) millió forintos készülékekről beszélünk, melyek megfizethetetlenek az otthoni felhasználóknak, és a rendkívül magas üzemeltetési költségek miatt a gyártás is költséges lenne.
Fegyvergyártás nyomtatva…
Nem egyszerű házi készülékkel, hanem professzionális eszközzel készítették el a tavaly október elején az iszlám dzsihadisták által lerombolt, kétezer éves palmürai diadalív másolatát, amelyet idén áprilisban mutattak be a londoni Trafalgar téren. A méretarányos másolatot egyiptomi márványból hozták létre háromdimenziós technológiával, az eredeti diadalív fotói alapján. Az 5,5 méter magas, százezer fontba (37 millió forint) került másolat köveit a gépek pontosan az eredeti diadalív kialakításának, formájának megfelelően alkották meg. A pénzben dúskáló Egyesült Arab Emírségekben ennél is tovább mentek: egy komplett, 250 négyzetméter alapterületű házat nyomtattak. A cnet.com idén májusban arról írt, hogy a különleges épületet speciális cementkeverékből, rétegenként építették fel. A teljes művelet tizenhét napig tartott, és 140 ezer dollárba, azaz valamivel kevesebb, mint 40 millió forintba került.
Ha házat, repülőgépelemet, műemléket lehet nyomtatni, akkor olyan is akad, aki fegyvert készít. Egyévnyi fejlesztés, illetve néhány órás gyártás után 2013 májusában sikeresen elsütötték a világ első nyomtatott kézifegyverét – természetesen Texasban. A Defense Distributed cég 3D-s nyomtatóval gyártott pisztolya több különálló nyomtatott alkatrészből állt, és közönséges akrilnitril-butadién-sztirolból készült. Az anyagot a torkolattűz olyan mértékben roncsolja – írta az sg.hu -, hogy egy lövés után a pisztoly csövét cserélni kell. A műanyag lőfegyver egyetlen fém alkatrészt tartalmaz, az elsütőszeget. Egy kontinenssel odébb börtön járt az otthon nyomtatott fegyverért – Japánban ugyanis különösen szigorúak a fegyverekre vonatkozó szabályok. Imura Jositomót 2013 őszén azért ítélték két év börtönre, mert a rendőrség öt lőfegyvert talált nála. Ezeket részben ő tervezte, majd 3D-nyomtatóval ki is nyomtatta. Az államügyészség szerint a fegyverek működőképesek voltak, és ezek közül kettő „halálos lőszerrel” is ellátható volt.
Sokkal békésebb, az életminőséget javító megoldásra is alkalmas ez az eljárás. A Délkelet-Angliában élő Eric Mogernél 2009-ben agresszív tumort állapítottak meg. A férfi egy egyszerű orrpolip-eltávolító műtét miatt ment kórházba, ám az orvosok felfedeztek egy teniszlabda nagyságú tumort. Az életmentő műtét során az arc bal felét, az állkapocs és az arccsont nagy részét, illetve a bal szemet is eltávolították. Moger a gyomrába vezetett csővel tudott csak táplálkozni, az érthető beszédre is képtelen volt. A hajdan magabiztos férfi nemcsak arcát és szemét vesztette el, hanem rémisztő kinézete is lett. 2013-ban digitális szkenneléssel lemodellezték arcának ép felét, ami alapján 3D-nyomtató segítségével elkészítették a hiányzó arcrészletet. Nem is akármilyet: éjszakára egyszerűen levehető szilikonprotézis született, amelyet mágnesek rögzítenek az arcához. Mogernek újra emberi külsőt kölcsönzött az arcimplantátum. (Emellett szájimplantátumot is kapott, amivel újra képes enni, inni és érthetően beszélni.) „Csodálatos érzés tükörbe nézni, és újra egy teljes arcot látni” – idézte Moger szavait a brit Daily Mail.
Fogak képalkotással
Nem a közeljövő, már a jelen eredménye a nyomtatott fog – a holland Groningeni Egyetem kutatói a közelmúltban olyan 3D-s fogpótlási technológiát jelentettek be, amely a szájban lévő kártékony baktériumokat is elpusztítja. Ebben az esetben is képalkotó eljárás segítségével készített felvételekből előbb 3D-s kép készül, majd ebből építi fel a nyomtató az ideiglenes protézist, avagy a fogat, amely pontosan illeszkedik, nincs szükség hosszas és esetenként fájdalmas korrekciókra a fogorvosi székben. A másik gyorsan fejlődő orvosi terület az ortopédia, ahol a hagyományos protézisekkel szemben nagy előny, hogy a CT-felvételek segítségével rekonstruált, majd kinyomtatott elemek tökéletesen illeszkednek a csontokhoz, ízületekhez, beillesztésükhöz nincs szükség csavarokra, drótokra és maratoni hosszúságú műtétekre.
– Ma már a sport- vagy baleseti sérülések gyógyítására élő sejtek felhasználásával nyomtatott porc és csont használata sem fikció. Az ilyen szövetek „gyártása” közel áll akár a napi szintű klinikai alkalmazáshoz – tájékoztatott Pongrácz Judit, a Pécsi Tudományegyetem tanszékvezető professzora, akinek különleges eredményéről a hazai sajtó idén tavasszal számolt be. Pongrácz Judit kutatócsapatával 3D-s tüdőszövetet állított elő, ami áttörést hozhat a tüdőbetegségek megértésében és gyógyításában. A pécsi fejlesztés arra is lehetőséget nyújt, hogy a beteg például daganatos tüdőszövetéből előállított mintán teszteljék egyes gyógyszerek hatékonyságát még a kemoterápia megkezdése előtt. A mesterségesen előállított, de élő tüdőszövet a környezeti veszélyek, a légszennyezés hatásának az elemzésében is segítséget nyújthat. A találmány már túl van a kísérleti fázison, jelenleg klinikai tesztelése folyik.
Pongrácz Judit kutatócsapata az élő szövetek nyomtatásának számos klinikai lehetőségével is foglalkozik – a tüdőszöveteken túlmenően például máj és porc bionyomtatásának továbbfejlesztésével.