Imprimanta (printer în limba engleză) este definită în Dexonline ca “Echipament utilizat pentru tipărirea informației stocate în format electronic într-o formă direct interpretabilă de către utilizator (texte, imagini grafice, etc.)”.
Deși sunt departe de a fi un specialist în computere, subiectul este atât de captivant, încât consider că merită un articol. Voi încerca să explic în mod schematic funcționarea imprimantei tridimensionale și aplicațiile ei. De-a lungul articolului voi folosi termenul internațional: 3D printing.
Principiile tehnologiei 3D printing[1]
În urmă cu câteva decenii această tehnologie părea o fantezie. Bazele ei au fost puse în 1971 de Johannes F. Gottwald care a patentat un injector capabil să scoată în mod continuu metal lichid. În anii 2020, 3D printing a ajuns la un nivel calitativ și la un preț care permite oricui să producă obiecte “printate” cu acest dispozitiv.
3D printing se mai numește și manufactură aditivă (AM, additive manufacturing), fiindcă se bazează pe adăugarea materialului strat după strat, până la obținerea modelului programat. Spre deosebire de imprimantele cu cerneală, unde foaia este tipărită în două dimensiuni (pe axele x și y), imprimantele 3D funcționează pe toate cele trei axe (x, y, z), creând unui produs tipărit în spaţiu.
În principiu, pentru tipărirea unui obiect este nevoie de o imprimantă adecvată, materie primă, de exemplu o bobină cu filament pe care printerul îl topește și construiește strat cu strat obiectul programat.
Pentru a crea un obiect prin 3D printing, trebuie să stabilim întâi cum va arăta. Putem descărca un model existent, sau putem elabora unul propriu. Modelul trebuie apoi transformat într-o serie de instrucțiuni pe înțelesul imprimantei (G-code), adică ce formă trebuie să aibă fiecare „felie” pentru a obține obiectul. Imprimanta este alimentată cu materie primă, de obicei un filament de plastic. Duza imprimantei urmează conturul stabilit pentru fiecare „felie” și depune plastic topit cu viteză constantă. Un ventilator ajută la solidificarea lui rapidă, obținându-se astfel forma dorită. Cu cât obiectul e mai mare / mai complex, cu atât elaborarea lui durează mai mult – de la câteva minute până la câteva zile.
Materialele şi obiectele realizate cu imprimante 3D.[2]
Plasticul este materia primă utilizată cel mai frecvent. Din el se pot face jucării, echipament și ustensile de birou, obiecte decorative, etc. Plasticul, transparent sau opac, se găsește în diverse culori. Există diferite tipuri de plastic, iar obiectele obținute pot avea forme și durități (consistențe) variate. Plasticul folosit ca materie primă poate fi sub formă de filament, pulbere sau polimeri lichizi (rezine). Materialele plastice pot fi acoperite cu fibre de carbon pentru al le mări rezistența.
Și metale pot folosi ca materie primă. Ele sunt introduse în imprimantă sub formă de pulbere extrem de fină și în momentul întrebuințării sunt topite cu ajutorul laserului și apoi presate, proces numit direct metal laser sintering (DMLS). Din oțel se produc unelte și vase de bucătărie, din bronz se fac obiecte decorative, bijuterii din aur, iar monede din nichel, aluminiu și titan. Din titan se fac și proteze pentru medicină. Avantajul lor este că pot fi adaptate individual la necesitățile pacientului, în funcție de rezultatele obținute prin imagistica RMN.
Grafitul este folosit la fabricarea ecranelor moderne de computer și a ecranelor de comandă ale diferitelor monitoare și aparate medicale – touchscreens, care trebuie să fie rezistente, conductibile și cu o oarecare elasticitate.
Nitinolul (aliajul nichel-titan) este un material foarte elastic, care nu se rupe și nu se sparge, potrivit pentru fabricarea unor implanturi medicale, ca de exemplu stentul arterial folosit la operații vasculare.
Pasta de hârtie este utilizată pentru crearea modelelor prin care se pot explica mai multe detalii decât desenul. Și ciocolata topită poate fi folosită ca materie primă.
Companiile aeriene și cele de navigație folosesc această tehnică pentru a construi prototipuri sau piese de schimb mai ușoare, mai rezistente și mai ieftine ca cele comerciale. S-au produs și arme, instrumente muzicale, lentile pentru aparate de fotografiat etc. Specialiștii din Rusia, China şi Anglia au reușit să construiască chiar case cu ajutorul unor 3D printere uriașe. Poate că într-un viitor nu prea îndepărtat se va construi primul avion prin tehnica 3D printing.
Aplicații în medicină[3]
3D printing poate fi folosit în medicină pentru confirmarea diagnosticului și planificarea operației. A fost un caz în care un copil a avut o fractură în urma căreia oasele mâinii s-au deformat, fapt confirmat prin CT. Copilul suferea de dureri și o mare limitare a mișcărilor mâinii. Era planificat pentru o operație de patru ore (osteotomie). Un model tridimensional al mâinii bazat pe imaginile CT a arătat că problema era cauzată nu de deformația osului, ci de distanța prea mică dintre oasele mâinii. Operația a durat doar 30 de minute și a rezolvat problema.
O altă aplicație este obținerea modelelor unor organe, pe baza datelor furnizate de RMN, CT, cateterizare cardiacă, ecocardiografie, etc. Modelele de căi aeriene, inimă sau oase sunt de mare ajutor chirurgilor pentru a înțelege anatomia organului înainte de intervenție.
Tot prin 3D printing se pot obține echipamente medicale personalizate, instrumente chirurgicale de calitate foarte bună sau proteze și implanturi. Protezele bionice sunt foarte costisitoare și 3D printing ar fi o altenativă mult mai ieftină. S-au creat și vertebre artificiale pentru a înlocui vertebrele atacate de cancer și extirpate. În stomatologie se fac proteze, precum și dispozitive invizibile de îndreptare a dinților.
Ca orice produs medical, și acestea au nevoie de aprobarea oficialităților medicale, ca de exemplu FDA (Food and Drug Administration) din Statele Unite sau Ministerul Sănătății din Israel. Ea se dă pe baza cercetării și a experienței clinice acumulate imediat după scoaterea pe piață a produsului (post-marketing).
Anesteziști israelieni din spitalul Ichilov din Tel Aviv au fost printre primii care au folosit un model al căilor respiratorii obținut prin 3D printing, combinat cu bronhoscopie prin realitate virtuală, pentru a extirpa o parte din plămânul atacat de cancer al unei fetițe de 7 ani. În ziua dinaintea operației, anestezistul a încercat tubajul bronhial special pe modelul 3D. Combinația celor două tehnici a permis anesteziștilor să foloseacă cel mai potrivit echipament pentru anestezia fetiței. Anestezia și operația au trecut cu bine.[4]
Carne produsă prin 3D printing
Ați crede că 3D printing poate produce și carne? Răspunsul este da! Procesul, numit bioprinting, nu e simplu și necesită printere speciale.
În principiu, celule luate de la un animal cu carne comestibilă sunt transformate în cerneală biologică (bio-ink). După o schemă preprogramată se adaugă alte ingrediente care, împreună cu straturile de celule, formează un produs cu aspect și gust de carne. Printerul poate fi programat să creeze un steak de consistența, grosimea, mărimea și conținutul de grăsime dorit. Carnea se produce din celule cultivate artificial.
Se pot crea și cărnuri hibride, un amestec de extract din plante și carne. După ce se fac comenzile necesare, printerul scoate halca de carne, care apoi trebuie maturată câteva săptămâni într-un incubator, pentru ca să se producă mușchi și grăsime. Celulele animale de mușchi și grăsime sunt cultivate într-un bioreactor, un recipient în care se derulează reacția chimică catalizată de enzime. Odată toate astea făcute, carnea este gata de pus pe grătar.
Producătorii susțin că gustul poate fi programat și carnea poate ieși la fel de gustoasă ca cea naturală. Din punct de vedere nutritiv nu este cu nimic mai prejos decât carnea naturală, poate e chiar mai sănătoasă, fiind produsă în condiții strict controlate și fără antibiotice și hormoni. Ea este potrivită și pentru vegetarienii care nu consumă carne pentru a cruța viața animalelor.
În Israel această carne este produsă de firma Steakholder Foods[5]. Firma produce și carne de somon. Aceasta este bogată în proteine, omega 3 și 6 și vitamina B12 și nu conține substanțele dăunătoare aflate în peștii de mare, cum ar fi mercur, antibiotice și alte toxine.[6]
Imprimantele 3D oferă posibilități care pe vremuri erau de domeniul fanteziei. Ele creează modele, prototipuri, obiecte și instrumente într-un timp record și la un preț mult mai scăzut decât producerea lor pe cale convențională. Carnea produsă artificial poate rezolva problema alimentării globului fără poluarea rezultată din creșterea vitelor.
Timpul va arăta dacă produsele printate sunt la fel de efective, gustoase și sigure ca cele produse pe cale convențională.
Tiberiu Ezri
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing
[2] https://www.sharrettsplating.com/blog/materials-used-3d-printing/
[3] https://www.mobihealthnews.com/news/contributed-top-8-healthcare-uses-3d-printing
[4] https://www.eurekalert.org/news-releases/609614
[5] https://steakholderfoods.com/3d-printed-meat/
[6] https://www.timesofisrael.com/faux-fish-israeli-startup-unveils-3d-printed-plant-based-salmon-fillet/
28 Comments
Va mulțumesc, am invățat mult din articolul dvs.
Am inteles prima dată, desi vag , printarea 3G.
Ii puneți la curent pe cititorii Baabel cu ultimele noutăți in ştiința si tehnica din secolul XXI , mai ales în medicina si calculatoare.
Poate ne veți scrie odata si despre Inteligența Artificială, avantaje ṣi riscuri.
Va multumesc!
Draga Tibi, de aceasta data m-ai lasat cu adevarat bouche bée. Trebuie sa spun ca nu eram la curent in nici un fel cu acest subiect, care pare intr-adevar deosebit de inovatora si intr-un fel chiar invaziv, patrunzand in nenumarate domenii.
Daca ma refer la aspectul medical (exemplul reproducerii cu ajutorul acestui printre a mainii in scopul rezolvarii problemei acelui copil nu pot afirma ca inteleg pana la capat, cum analizele de imaging nu au oferit suficiente detalii privind diagnosticul, in schimb precizia detaliului a depasit exactitatea insasi a furnizorilor de input pentru productia modelului mainii.
Pe de alta parte, ceea ce este de asemenea un aspect poate cu doua taisuri este folosirea pe scara larga a prafului de plastic, intr-o perioada in care plasticul este considerat nociv si inlocuit din consumul sau ca procedeu de inamgazinare.
Posibil ca este vorba de alt fel de plastic, sau you name it.
Oricum, articol si idee exceptionale…
PS. Costurile produselor realizate prin 3D, sunt chiar mult mai convenabile decat cele realizate in mod clasic?
Nici nu ai idee la ce ma gandesc, la Marghita 🙂 sau va ramane 🙁
Mulțumesc dragă Veronica! Ai evidențiat multe probleme posibile ale acestei tehnologii. Eu am să mă refer doar la exactitatea imagingului versus a prototipului 3D. La fel ca și prototipul de căi aeriene pe care l-am prezentat în articol, imagingurile nu totdeauna reflectă exact cea se întâmplă în realitate și uneori rezultatul depinde de profesionalismul celui care interpretează imaginile. În construirea acestor prototipuri 3D, computerul a construit modelul înainte de imprimare, bazat pe diferite metode de imaging pe care nu pot să ți le spun că nu le știu în aceste cazuri specifice. Câteodată se combină X-ray cu CT și MRI prin tehnologia virtuală. Pe baza aceasta se construiește prototipul. În modelul căilor aeriene construit de către anesteziștii din spitalul Ihilov din Tel Aviv, ei au încercat modelul, combinat cu bronhoscopia virtuală și au văzut exact ce fel de tub de ventilație trebuie pus înainte de operația pe plămâni, ce mărime de tub trebuie să aleagă, la ce adâncime să-l introducă. Oare tubul reușește să ia curba necesară, având în vedere malformațiile preexistente ale căilor aeriene la acest caz? Oare odată tubul plasat, se poate ventila plămânul în mod efectiv?
Iti multumesc, Tibi, este mai mult decat fascinant.
Adevarat!
In sfarsit, inteleg si eu “cu ce se mananca” acest 3 D printer despre care citeam si auzeam mereu. Dar aste nu inseamna ca acum, ca m-am lamurit in ce consta principiul de functionare, l-am si asimilat la un nivel mai profund. Probabil asa s-a intamplat pe vremuri cand s-au inventat telefonul ,radioul si TV si erau noutati greu de inteles.
Si, din toate aplicatiile imprimantei in 3D, cele mai importante mi se par, bineinteles, cele medicale. E fantastic sa se poata opera cu mai multa precizie si sa obtii organe umane fara necesitatea unor donatori!
Multumesc!
Donarea de organe este speculatia mea, dar s-ar putea sa se realizeze in viitor…
Un articol excelent, plin de informații interesante. Eu sunt încântată să fiu contemporană cu aceste progrese uluitoare ale tehnicii. Ca în orice situație, până la urmă este la latitudinea omului dacă le folosește în sens benefic sau malefic.
Multumesc!
Articol foarte interesant . Mă întreb dacă cu ajutorul genetecii cu acest tip de imprimant tridimensional se vor putea imprima și oameni ? cu ce consecințe ?
Mulțumesc. Nefiind specialist în acest domeniu, eu pot doar să cred că ingineria genetică în combinație cu imprimantele 3D vor avea posibilități aproape nelimitate.
Totul cu condiția că intre timp umanitatea nu va dispărea de inaniție sau în războaie nucleare, sau mai logic, nu vor fi destule resurse materiale pentru aceste proiecte grandioase.
Consecințele creării unor oameni prin imprimante pot fi dezastuoase, pentru că nu vom putea ști la ce să ne așteptăm de la ei. Orori ca în cărțile lui Asimov.
În schimb imprimarea diferitelor organe ar putea soluționa criza mondială de donatori de organe.
Draga Tibi, felicitari pentru acest articol interesant. Eu am avut ocazia sa vizitez o fabrica de rachete si unul dintre lucrurile uimitoare oe care le-am vazut au fost aceste 3D printers. Ele produceau diferite parti ale rachetei de marimi, forme si din materiale diferite. Printerul cel mai mare era de marimea unei sali de sport. Compania a avut un esec cu o racheta care a explodat la lansare. A rezultat ca un carburator a malfunctionat. Dupa aceea compania a hotarit sa produca propriul lor carburator prin 3 D printing. Pe linga faptul ca aveau control asupra produsului, carburatorul a fost imprimat intr-o forma neobisnuita asa ca sa economisească spatiu.
Sint sigur ca aceasta tehnologie va evolua si mai mult cu multe alte avantaje
Drags Peter,
Iți mulțumesc pentru acest comentariu foarte interesant care ne demonstrează că 3D printerul poate să producă aproape orice, chiar rachete. E chiar de speriat că dacă se va combina cu ingineria genetică, poate va putea produce animale și chiar ființe umane, ca să nu mai vorbim de avioane, mașini, etc.
Mulțumesc!
Mă întreb dacă această imprimantă miraculoasă are şi neajunsuri?
Daca nu se iau măsuri protective, vapori, pulbere de metale sau alte substanțe toxice pot fi aspirate sau pot cauza iritarea pielii dar asta se poate întâmpla și în industriile clasice.
Îmi închipui că progresul științei este nelimitat .
Dacă acest progres îmbunătățește viața omului, cu atât mai bine ! Mulțumim !
Multumesc!
Unele lucruri complicate, de exemplu un avion vor fi probabil construite partial cu imprimante, poate in afara de motor.
Parțial, da, asta aș putea să-mi închipui. Gândește-te numai la un scaun. Poate fi din plastic, dar nu e plăcut să stai pe pastic, trebuie o suprafață textilă, apoi ca să fie moale trebuie umplut cu un al treilea material. Imprimanta poate produce componentele solide, dar scaunul trebuie totuși asamblat și capitonat.
Probabil ca ai dreptate.
Am auzit la TV acum cătva timp ca in 10 ani se va putea printa 3G o inima umană. Problema transplanturilor va fi rezolvata.
O cercetătoare de la Tehnion lucreaza in domeniul printării 3G a țesuturilor animale si umane ṣi ınregistrează rezultate încurajatoare
O speranta pentru mii de oameni.
Un adevărat miracol!
Mi se pare greu de înțeles că produsele făcute prin 3D printing sunt mai ieftine, pentru că cele convenționale se produc în serie, ceea ce scade simțitor prețul, iar imprimanta 3D creează unicate. Adevărata valoare a imprimantei 3D este de a produce unicate, cum ar fi protezele făcute „după măsură”.
Însă un avion printat în 3D mi se pare cam greu de închipuit – decât dacă e de jucărie – pentru că este nevoie de piese diferite, din materiale diferite, care în orice caz vor trebui apoi montate.
Chestia cu prețurile nu este prea exactă. De exemplu, protezele de șold sunt și acum adaptate la parametrii individului. Dacă spitalul va avea o imprimantă 3D, va costa mai ieftin pentru că produsul nu va trece prin mâinile atâtor comercianți. Așa se întâmplă deja cu multe piese de schimb chiar și la aviaone (asta o știu de la cineva apropiat care este inginer de aviație).
Viitorul ne va demonstra dacă se pot construi avioane 3D. Eu cred că da.
Da, este și acesta un argument la care nu m-am gândit: intermediarii. Nici nu va fi nevoie de stocuri: se va produce numai ce trebuie, cât trebuie și când trebuie.
Citit cu interes. K.I.
Merci