Daugeliui 3D spausdinimo koncepcija iš pradžių atrodo keistai. Mes visi įpratę, kad, paspaudus mygtuką „Spausdinti“, išlenda popieriaus lapas su jame esančiu vaizdu arba tekstu. O čia vietoj lapo gauname trimatį objektą. 3D spausdinimo principas tapatus mums įprastam, tačiau skiriasi viena esminė detalė. Įvairių spalvų rašalą naujojoje technologijoje pakeitė įvairios medžiagos, tokios kaip popierius, plastikas ar metalas. Spausdintuve esanti programinė įranga nuskaito norimo objekto parametrus ir sluoksnis po sluoksnio pradeda „atgaminimo“ procesą. Turbūt geriausiai vizualiai šį veikimo principą pavaizdavo filmų „Misija neįmanoma“ kūrėjai, kur kiekviename filme galime stebėti idealiai žmogaus veido bruožus atitinkančių kaukių gamybą.

Objektas gali būti konstruojamas keliais būdais. Spausdintuvas gali išpurkšti miltelius ir vėliau juos milimetras po milimetro, sluoksnis po sluoksnio lydyti ar lipdyti lazeriu ir kitomis medžiagomis. Vietoj miltelių gali būti purškiamas skystas plastikas, kuris vėliau apdorojamas ultravioletiniais spinduliais. Sudėtingoms struktūroms, kuriose gausu ertmių, gali būti naudojamas specialus gelis. Šiuo metu technologija leidžia gaminti daiktus iš įvairių rūšių plastiko, keramikos, gumos, net maisto ar kūno audinių. Kai kurie spausdintuvai gali gaminti objektus, sudarytus iš kelių rūšių medžiagų.

Statistika ir kiti skaičiai

Pramoniniai 3D spausdintuvai egzistuoja jau kurį laiką, tačiau dėl aukštos kainos (nuo 100 tūkst. iki kelių milijonų JAV dolerių) nedaugelis vartotojų gali sau leisti tokią prabangą. Tačiau, kaip ir su visomis skaitmeninėmis technologijomis, kainos nuolat krinta. Tyrimai rodo, kad 2011 m. pasaulyje buvo per 20 tūkst. asmeninių 3D spausdintuvų, kurie kainuoja nuo 500 iki 4 000 JAV dolerių. Jų savininkais paprastai tampa pasidaryk pats entuziastai, išradėjai, tyrinėtojai ir naujovių mėgėjai. O pramoniniai spausdintuvai gali kainuoti nuo 15 tūkst. iki 1 mln. JAV dolerių.

Iš pradžių buvo manoma, kad ši technologija bus naudojama įvairiems prototipams gaminti, bet, ją patobulinus, šiuo metu 28 proc. viso spausdinimo sudaro pagaminta produkcija, o likusią dalį – įvairūs prototipai. Ekspertai teigia, kad 2016 m. šis skaičius viršys 50 proc., o 2018 m. – 80 proc., tačiau dėl galimybės greitai ir pigiai kurti vienetinius bandinius niekada nepasieks 100 procentų.

Spėjama, kad 2018 m. 3D spausdinimo rinka gali pasiekti 3 mlrd. JAV dolerių apyvartą. Be abejo, palyginti su pasaulinės ekonomikos mastu, tai nėra daug, tačiau kaip vos apie porą dešimtmečių egzistuojančiai pramonės šakai tai visai neblogai.

Didžiausi iššūkiai

Masinį šių spausdintuvų paplitimą šiuo metu riboja keli veiksniai. Pirma, menko vartotojų pasirengimo barjeras. Programinė spausdinimo įranga labai sudėtinga ir tik nedaugelis moka ja naudotis. Taip, paspausti mygtuką „Spausdinti“ nėra sunku, bet, norint pakeisti standartinio produkto dizainą ar sukurti ką nors visiškai naujo, reikia nemažai įgūdžių.

Dar vienas svarbus veiksnys – ribotos spausdinimo medžiagos. Plastiko ir popieriaus gal ir užtenka gaminant smulkius nesudėtingus objektus, tačiau kol spausdintuvai nesugebės gamybos procese naudoti medžio, įvairių metalų ar audinių, tol jų plėtra neįgis didesnio pagreičio.

3D spausdinimas kelia ir teisinių iššūkių. Jei išspausdintas objektas nefunkcionuos, kaip pridera, kas bus už tai atsakingas? Dizaineris? Spausdintuvo savininkas? Spausdinimo medžiagų tiekėjas? Kas ir kaip turėtų reguliuoti, kad spausdinimo aparatų savininkai namie nesispausdintų narkotikų, ginklų ar pinigų?

Kita nerimą kelianti sritis yra intelektinės nuosavybės teisės. Ar išsispausdinus knygą arba mobilųjį telefoną bus pažeistos autoriaus teisės? O galbūt patys autoriai ar įmonės pradės prekiauti savo kūrinių versijomis, pritaikytomis 3D spausdinimo technologijai? Iš anksto nepasiruošę šių klausimų sprendimams, galime sulaukti tokių patentų karų, kad skaitmeninių bylų keitimosi skandalai atrodys kaip vaikų žaidimai.

Kai kurios piratinėmis vadinamos internetinės bylų keitimosi platformos jau dabar suteikia galimybę atsisiųsti 3D spausdinti pritaikytą programinę įrangą. Galbūt ateis laikai, kai internete bus keičiamasi ne tik MP3 bylomis, bet ir jų grotuvais.

Net įveikus šias kliūtis, liktų paskutinis barjeras – kaina. 3D spausdintuvams negalioja masto ekonomijos principas, tai yra nėra didelio sąnaudų skirtumo, ar pagaminamas vienas, ar tūkstantis daiktų. „Rašalo“ rūšių kainos smarkiai apribos naudojamų medžiagų ir, žinoma, gaminamų objektų įvairovę. Be to, spausdintuvo ir jo gaminamų objektų dydis tiesiogiai priklauso ne tik nuo naudojamų medžiagų kiekio, bet ir nuo spausdintuvo dydžio. Kitaip sakant, nešiojamojo kompiuterio dydžio spausdintuvu negalėsite pasigaminti automobilio. Dėl šių priežasčių namų vartotojai greičiausiai turės apsiriboti smulkiais objektais, o „rimtais reikalais“ užsiims įmonės.

Ekonomika ir politika

Nemažai diskusijų kyla dėl to, kokį poveikį 3D spausdinimas turės įvairių šalių ekonomikoms ir darbo jėgos migracijai, o labiausiai – gamybos sektoriui. Jeigu įmonei reikia kokio nors unikalaus ar nepopuliaraus produkto, kur kas paprasčiau jį išsispausdinti vietoje nei užsakyti iš kitame pasaulio gale esančio nelabai patikimo tiekėjo. Ypač jeigu spaudžia terminai. Tokiu atveju dingsta ne tik logistikos ir sandėliavimo, bet ir transportavimo laiko sąnaudos. Tai gali pranašauti liūdną ateitį Azijos šalims, kuriose šiuo metu yra didelė dalis vakarietiškų gamyklų. Žinoma, masinio gamybos grąžinimo į Vakarus niekas nesitiki, bet dalis verslo, orientuoto į nedidelio ir vidutinio masto gamybą bei mažmeninę prekybą, liktų namų valstybėse.

Labai atidžiai visą situaciją stebi logistikos bendrovės. Pavyzdžiui, „DHL“ surengė konferenciją, kurioje buvo aptariama 3D spausdinimo technologijos keliama grėsmė įmonės veiklos tęstinumui. Juk kam reikia gabenimo tarpininkų, jei kokią nors trūkstamą detalę galima išsispausdinti vietoje?

Kitas įdomus technologijos suteikiamas aspektas – sumažinti įėjimo į rinką barjerai. Nebereikia didelių investicijų ar daugybės leidimų, norint įsteigti gamyklą ar susitarti su tiekėjais. Bandomieji pavyzdžiai, kuriais būtų galima patikrinti poreikį rinkoje, irgi kainuotų nebrangiai. Taip pat būtų kur kas lengviau pakeisti produkto dizainą, nes vietoj gamybos linijos pertvarkų tereikėtų modifikuoti programinį kodą.

Visi šie scenarijai byloja, kad 3D spausdintuvų sėkmė priklausys ne nuo gaminamų produktų skaičiaus, bet nuo jų (o jei visai tiksliai – jų idėjų) kokybės. Dizaineriai spausdintuvais gali pagaminti objektus, kurie anksčiau buvo laikomi per daug sudėtingais, kad apsimokėtų juos gaminti įprastais būdais. Tai ypač aktualu inžinieriams, kurie dažnai priversti dėl technologinių apribojimų taikyti ne patį efektyviausią dizainą. Toks spausdinimas taip pat padeda sumažinti gaminių svorį ir sunaudojamų medžiagų kiekį. Spausdinant kiekvieną sluoksnį atskirai sunaudojama būtent tiek medžiagos, kiek reikia, taip pat nereikia naudoti įvairių jungiamųjų detalių, pavyzdžiui, varžtų. Daikto nebereikia surinkti, jis jau pagaminamas vientisas.

Laimėjimai ir ateities perspektyvos

Daug dėmesio skiriama trečiojo pasaulio šalims, kur, kaip manoma, 3D spausdintuvai gali atnešti didelių pokyčių. Šiuo metu technologija pasitelkiama įvairių mechanizmų, pavyzdžiui, traktorių ar drėkinimo sistemų, detalėms spausdinti. Dar vienas pavyzdys – akinių rėmelių, kurie įprasti Vakarų pasaulyje, tačiau labai brangūs ir reti neišsivysčiusiose šalyse, gamyba.

Taip pat daug pastangų nukreipiama 3D spausdintuvų, kurie galėtų gaminti... 3D spausdintuvus, tyrinėjimams. Tai leistų daug sparčiau išpopuliarinti šią technologiją, padaryti ją prieinamesnę ir pigesnę paprastam vartotojui.

Trimačiu spausdintuvu sukurtas apatinis žandikaulis
Ypač atidžiai šią sritį stebi medicinos pramonė, kurioje 3D spausdintuvai turi potencialo sukelti tikrą revoliuciją. Jau vyksta pirmieji bandymai, kai „rašalo“ vaidmenį atlieka ląstelės. Vienoje iš TED konferencijų ant scenos buvo išspausdintas žmogaus inkstas. Be abejo, tai nebuvo visavertis funkcionuojantis organas (tokių dar reikės palaukti ne vieną dešimtmetį), tačiau tai puikus pavyzdys, kaip ši technologija gali būti pritaikoma. Iš paties paciento ląstelių būtų galima išspausdinti idealiai jam tinkantį organą, kurio atmetimo tikimybė po transplantacijos būtų nulinė. Teigiama, kad lengviausia būtų gaminti tokius organus kaip oda ar kraujagyslės, šiek tiek sunkiau – organus su ertmėmis (šlapimo pūslė ar skrandis), o sunkiausia – vientisus organus, tokius kaip inkstai, širdis ar kepenys.

Cornello universiteto mokslininkams pavyko iš biologinių polimerų išspausdinti veikiantį širdies vožtuvą. O juk tai labai sudėtinga struktūra, kurioje vienos dalys turi būti kietos ir stiprios, kitos – lanksčios ir judrios. Medžiagos, sunaudotos gamybos procese, kainavo vos 10 JAV dolerių. Žvelgiant į perspektyvą, nors ir labai neįtikimą ir tolimą, ši technologija galėtų panaikinti pacientų, laukiančių tinkamo organų donoro, eiles, taip pat laiko, organų saugojimo ir gabenimo sąnaudas.

3D spausdintuvai galėtų būti pasitelkiami mokant gydytojus, ypač chirurgus. Tikslias paciento įvairių organizmo dalių kopijas būtų galima naudoti ir kaip pirmosios praktikos objektus, ir kaip bandomuosius triušius prieš sudėtingas operacijas. Taip pagerėtų operacijų kokybė ir padidėtų jų sėkmės procentas.

Šiais spausdintuvais taip pat galėtų būti gaminami vaistai. Glazgo universiteto mokslininkams jau pavyko išspausdinti gana gerai žinomą vaistą nuo skausmo – ibuprofeną. Ir vėl – tai labai aktualu ekonominio nepritekliaus kamuojamiems regionams, nes taip jie galėtų nesunkiai apsirūpinti būtiniausiais vaistais (aspirinu, vaistais nuo maliarijos ir t. t.), kurių farmacijos bendrovės arba masiškai negamina, arba nededa pastangų į jų platinimą.

Neseniai 3D spausdintuvai buvo pradėti naudoti ir protezavimo pramonėje. Kompiuterių inžinierius Grantas Shindleris sukūrė programą „Trimensional“, kuri leidžia nuskaityti bet kokį objektą, pavyzdžiui, žmogaus koją, ir ją iš dvimačio paveikslėlio paverčia tiksliu erdviniu modeliu. Tai leidžia greitai pagaminti kiekvienam pacientui asmeniškai pritaikytus protezus.

Išvados

Daugelis žmonių nekantriai laukia, ką atneš ši technologija. Galimybė spausdinti daiktus „pagal pareikalavimą“ gali virsti tuo, ką daugelis vadina naująja pramonės revoliucija. Kiti abejoja, ar tokiems išradimams atsiras tinkama rinka ir ar dėl minėtų reguliavimo ypatumų tai sulauks valstybių ir privačiojo sektoriaus palaikymo.

Viena vertus, nereikėtų pamiršti, kad daugelis naujų technologijų iš pradžių būdavo vertinamos skeptiškai. Kompiuteris, radijas, televizorius ir mobilusis telefonas kadaise buvo patekę į labai panašią situaciją, kai buvo abejojama jų perspektyvomis. Visi žinome, kuo tai baigėsi. 3D spausdinimo panaudojimo amplitudė yra labai plati, nuo maisto gaminimo iki organų transplantacijos, o potencialas – milžiniškas.

Kita vertus, lieka daug neišspręstų problemų. Ko gero, didžiausia jų – autoriaus teisės ir gamybos reguliavimas. Kas užtikrins, kad nebūtų pažeidžiami patentai ir kopijuojamos idėjos? Kas užtikrins, kad nebus spausdinami pinigai, ginklai ar kas nors dar blogesnio? Taip pat kol kas nėra visiškai aiškūs ekonominiai šios technologijos aspektai. Ar aukšta kaina neužkirs kelio sėkmingai technologijos plėtrai? Kiek įtakos tam turės spausdinimo medžiagų įvairovė ar jos trūkumas?

Tiesa tokia, kad sunku prognozuoti, kuo viskas pasibaigs. Greičiausiai ši technologija bus populiaresnė vienose pramonės šakose, tokiose kaip farmacija, žaislai ar smulkūs namų apyvokos daiktai, ir kur kas lėčiau skinsis kelią tokiose industrijose kaip aviacija (net jeigu ir būtų įmanoma išspausdinti lėktuvą „Boeing“ namuose, tikrai ne kiekvienas ryžtųsi juo skristi). Bet kokiu atveju, nepaisant to, ar 3D spausdinimas sulauks didžiulės sėkmės, ar po kelerių metų ši idėja nugrims į užmarštį, sunku likti jai abejingam.