5 γιγάντια πράγματα που δεν ξέρατε ότι μπορούν να εκτυπωθούν 3D

Η κατασκευή βιομηχανικών πρόσθετων ήταν η γενέτειρα της τρισδιάστατης εκτύπωσης επιτραπέζιου υπολογιστή, αλλά οι περιπτώσεις βιομηχανικής χρήσης έχουν εξελιχθεί σε ένα όλο και πιο χρήσιμο εργαλείο για παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Η εστίαση δεν είναι σε πλαστικά πρωτότυπα και εύκαμπτα ζώα που βρίσκονται σε οικιακά εργαστήρια. Βρίσκεται στη βασική μηχανική της τρισδιάστατης εκτύπωσης, που εκτείνεται σε πολλές τεχνολογίες και υλικά με τρόπους που θα μπορούσαν να αλλάξουν την τρισδιάστατη εκτύπωση το 2026. Τα κτίρια κατοικιών, οι γέφυρες, τα ναυτικά πλοία, ακόμη και οι διαστημικοί πύραυλοι είναι μεταξύ των απίστευτων εφαρμογών της κατασκευής πρόσθετων αυτή τη στιγμή, με μια στροφή προς την «εκτύπωση» λόγω μειωμένης ανάγκης για την παραγωγή υλικού.

Οι κατασκευαστές που στρέφονται στην παραγωγή προσθέτων πραγματοποιούν έργα ρεκόρ. Για παράδειγμα, το Factory of the Future του Πανεπιστημίου του Maine (FoF 1.0) έχει αποδείξει αυτή τη μαζική κλίμακα παράγοντας τρισδιάστατα εκτυπωμένα αντικείμενα μήκους έως και 96 πόδια και ρυθμό παραγωγής 500 λίβρες ανά ώρα. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μεθόδους αφαίρεσης όπως η άλεση, οι διαδικασίες πρόσθετων επιτρέπουν οργανικά, βελτιστοποιημένα σχέδια που χρησιμοποιούν μόνο την απαραίτητη ποσότητα υλικού.

Καθώς η παγκόσμια αγορά κατασκευών τρισδιάστατης εκτύπωσης αναμένεται να αυξηθεί κατά 20% τα επόμενα πέντε χρόνια, η τεχνολογία μετακινείται από τα πειραματικά πρωτότυπα σε βασικές βιομηχανικές υποδομές. Χρησιμοποιώντας συστήματα ρομποτικού βραχίονα και εξειδικευμένους εκτυπωτές σκελετών, οι μηχανικοί μπορούν πλέον να παράγουν μονολιθικά εξαρτήματα που προηγουμένως ήταν αδύνατο να χυτευτούν ή να συγκολληθούν.

Μουσεία και ερευνητικά ινστιτούτα χρησιμοποιούν τρισδιάστατη εκτύπωση μεγάλου μεγέθους για να αναδημιουργήσουν την ιστορία με απίστευτη ακρίβεια. Ένα εκπληκτικό παράδειγμα είναι το Naturalis 3D που εκτυπώνει μια ανακατασκευή σε φυσικό μέγεθος ενός Tyrannosaurus rex, με το παρατσούκλι Trix, για το Μουσείο Δεινοσαύρων του Ναγκασάκι στην Ιαπωνία. Το Naturalis ξεκίνησε τη διαδικασία με τρισδιάστατη σάρωση περίπου 320 μεμονωμένων οστών, τα οποία στη συνέχεια ανακατασκευάστηκαν από έναν ανατόμο. Ο αρχικός σκελετός στο Leiden είναι τοποθετημένος για ευκολία στην έρευνα, έτσι η τρισδιάστατη εκτυπωμένη έκδοση σχεδιάστηκε με μια συγκεκριμένη στάση επίθεσης που στέκεται όρθια για να δείξει πόσο επιβλητικός ήταν ο θρυλικός θηρευτής.

Η ομάδα χρησιμοποίησε εκτυπωτές Builder Extreme 3D και PLA bioplastic, το οποίο είναι ένα ανθεκτικό πολυμερές που προέρχεται από γαλακτικό οξύ. Αυτό επέτρεψε ένα ρεαλιστικό φινίρισμα, διασφαλίζοντας παράλληλα ότι η δομή παρέμεινε ελαφριά για διεθνείς μεταφορές. Η διαδικασία γέννησε επίσης το Trixification, το οποίο αντικαθιστά τα σκελετικά τμήματα που λείπουν με αναδημιουργημένες ψηφιακές εκδόσεις των αρχικών οστών αντί να βασίζεται στην επικίνδυνη διαδικασία χύτευσης από άλλα δείγματα. Για όσους έχουν δει οστά δεινοσαύρων από κοντά, θα είχαν παρατηρήσει ένα περίπλοκο πλαίσιο γύρω από το οποίο συναρμολογείται ο σκελετός, αλλά το μουσείο δημιούργησε ένα κιτ κατασκευής από το ψηφιακό αντίγραφο που επιτρέπει τη συναρμολόγηση του σκελετού εισάγοντας ράβδους στήριξης που περνούν μέσα από προδιαμορφωμένες τρύπες στα οστά, με αποτέλεσμα ένα καθαρό φινίρισμα.

Ο κατασκευαστικός κλάδος στρέφεται προς την επιτόπια παραγωγή προσθέτων για να αντιμετωπίσει αποτελεσματικά τις ανάγκες στέγασης, παρά την περίπλοκη φύση των σπιτιών με τρισδιάστατη εκτύπωση. Ένα καλό παράδειγμα είναι στο Bezannes της Γαλλίας, με το έργο ViliaSprint² να κατασκευάζει μια τριώροφη πολυκατοικία που διαθέτει 12 μονάδες κοινωνικής κατοικίας. Αυτή τη στιγμή είναι η μεγαλύτερη 3D-εκτυπωμένη πολυκατοικία της Ευρώπης, με πλάτος 11 μέτρα, μήκος 34 μέτρα και ύψος 9 μέτρα. Ενώ προηγούμενα έργα όπως αυτό χρησιμοποιούν τρισδιάστατη εκτύπωση για αισθητική ή μόνωση, αυτό το κτίριο αποτελείται από 100% 3D-εκτυπωμένους τοίχους, εξαλείφοντας την ανάγκη για παραδοσιακά δομικά στηρίγματα εντός τμημάτων των τοίχων.

Το έργο ViliaSprint² είναι κατασκευασμένο από εξειδικευμένο σκυρόδεμα που παρέχεται από την Holcim Lafarge, το οποίο παρέχει υψηλή δομική αντοχή και βελτιωμένη πυροπροστασία. Για την ολοκλήρωση της κατασκευής χρησιμοποιήθηκε ένας εκτυπωτής σκελετών COBOD BOD2, ο οποίος μεταφέρθηκε αρκετές φορές για να καλύψει ολόκληρο το αποτύπωμα του κτιρίου. Είναι μια σπονδυλωτή προσέγγιση στο κτίριο που επιτρέπει σημαντική εξοικονόμηση χρόνου, με έναν όροφο να χρειάζεται περίπου τέσσερις εβδομάδες για να ολοκληρωθεί. Αυτή η τεχνολογία έχει τη δυνατότητα να εξοικονομήσει δύο μήνες σε σύγκριση με τη συμβατική προσέγγιση με τούβλα και κονίαμα. Για να αποδειχθεί αυτό, ένα δευτερεύον παραδοσιακό κτίριο κατασκευάζεται δίπλα, ώστε οι μηχανικοί να μπορούν να κάνουν άμεσες συγκρίσεις για να αναλύσουν τη μακροπρόθεσμη λειτουργική αποτελεσματικότητα και τη βιωσιμότητα της τρισδιάστατης εκτυπωμένης οικιστικής υποδομής.

Η ναυτιλιακή μηχανική συνεχίζει να φτάνει σε νέα ύψη με την παραγωγή μεγάλης κλίμακας και λειτουργικών σκαφών και η τρισδιάστατη εκτύπωση εισχωρεί και σε αυτόν τον κατασκευαστικό τομέα. Το Πανεπιστήμιο του Maine Advanced Structures and Composites Center ανέπτυξε το 3Dirigo, ένα σκάφος μήκους 25 ποδιών που ζυγίζει 5.000 λίβρες. Κατασκευάστηκε σε μόλις 72 ώρες χρησιμοποιώντας τον μεγαλύτερο πολυμερή 3D εκτυπωτή στον κόσμο, ικανό να κατασκευάζει αντικείμενα μήκους έως και 100 πόδια. Με τρία ρεκόρ Γκίνες, συμπεριλαμβανομένου του μεγαλύτερου συμπαγούς τρισδιάστατου εκτυπωμένου σκάφους που κατασκευάστηκε ποτέ, το σκάφος απέδειξε την πλευστότητα και τη δομική του ακεραιότητα μεταφέροντας έξι επιβάτες σε μια λεκάνη κυμάτων εργαστηρίου μηχανικής ωκεανού.

Το σκάφος είναι κατασκευασμένο από πλαστικό ενισχυμένο με ανθρακονήματα, το οποίο είναι ένα από τα ισχυρότερα υλικά τρισδιάστατης εκτύπωσης και στο σπίτι. Ενώ η μαζική παραγωγή τρισδιάστατων εκτυπωμένων γάστρας βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη, η κατασκευή προσθέτων προσφέρει άμεση αξία στη δημιουργία καλουπιών και βυσμάτων γάστρας, για να μην αναφέρουμε αυτό το σκάφος που σπάει ρεκόρ που προκαλεί κύματα μακροπρόθεσμα. Αντί να χρησιμοποιείτε υαλοβάμβακα και ξύλο για την κατασκευή καλουπιών για στέγες γιοτ, οι εκτυπωμένες με 3D παραλλαγές μπορούν να ολοκληρωθούν σε ημέρες και όχι σε μήνες. Αξίζει επίσης να αναφερθεί ο μειωμένος περιβαλλοντικός αντίκτυπος, με λιγότερο ανθρώπινο δυναμικό, λιγότερα φυσικά υλικά που χρησιμοποιούνται και ταχύτερους χρόνους ολοκλήρωσης, εξοικονομώντας ενέργεια.

Οι αεροδιαστημικές εταιρείες αρχίζουν να αξιοποιούν την κατασκευή προσθέτων για την κατασκευή πυραύλων που είναι ελαφρύτεροι και πιο οικονομικοί. Ένα καλό παράδειγμα εδώ είναι το Relativity Space, το οποίο ανέπτυξε τον Terran 1, τον πρώτο τρισδιάστατο εκτυπωμένο πύραυλο που έφτασε στο διάστημα και πέρασε το Max-Q, το οποίο είναι το μέγιστο σημείο δυναμικής πίεσης κατά τη διάρκεια της πτήσης. Περίπου το 85% της μάζας του πυραύλου εκτυπώθηκε σε 3D, συμπεριλαμβανομένων των εννέα κινητήρων Aeon. Η Relativity Space χρησιμοποίησε τους ιδιόκτητους εκτυπωτές ρομποτικού βραχίονα Stargate για να παράγει έναν πύραυλο πλήρους μεγέθους από ακατέργαστο μέταλλο σε μόλις 60 ημέρες. Αυτή η μοναδική διάταξη κατασκευής επιτρέπει στους μηχανικούς να επαναλαμβάνουν τα σχέδια γρήγορα εκτυπώνοντας εξαρτήματα με δομικές βελτιώσεις σε ένα κλάσμα του χρόνου που χρειάζεται η παραδοσιακή κατασκευή.

Το Terran 1 δεν έφτασε σε τροχιά κατά τη διάρκεια της εναρκτήριας δοκιμαστικής πτήσης του λόγω ενός προβλήματος ανάφλεξης σε δεύτερο στάδιο, αλλά ώθησε την ιδέα ότι οι πυραύλοι και τα μέρη με τρισδιάστατη εκτύπωση είναι αρκετά ισχυρά ώστε να αντιστέκονται στις ακραίες πιέσεις εκτόξευσης. Η Σχετικότητα μεταφέρει τη γνώση που αποκτήθηκε από το Terran 1 στο Terran R, έναν επαναχρησιμοποιήσιμο πύραυλο μεσαίας έως βαριάς ανύψωσης σχεδιασμένο για μεγαλύτερα ωφέλιμα φορτία. Θα χρησιμοποιήσει τα ίδια συστήματα πρόωσης LOX-μεθανίου μαζί με το λογισμικό πτήσης που αποδείχθηκε στο Terran 1. Στοχεύοντας σε 95% τρισδιάστατη σύνθεση για τα μελλοντικά οχήματά του και πολλά ασφαλή συμβόλαια για εκτοξεύσεις δορυφόρων, μπορούμε μόνο να περιμένουμε ότι το τρισδιάστατο τυπωμένο μέταλλο στο διάστημα θα γίνει πιο συνηθισμένο.

Το τρισδιάστατο τυπωμένο μέταλλο γίνεται η κατάλληλη επιλογή για τους κατασκευαστές υποδομών για τη δημιουργία «έξυπνων» δημόσιων κατασκευών. Στο Άμστερνταμ, μια τρισδιάστατη εκτυπωμένη γέφυρα, κατασκευασμένη από την MX3D, εκτείνεται σε ένα κανάλι στην περιοχή Red Light District, χρησιμεύοντας ως πεζόδρομος. Κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας τέσσερα ρομπότ συγκόλλησης που εναποθέτουν 6.000 κιλά ανοξείδωτου χάλυβα στρώμα-στρώμα. Η γέφυρα διαθέτει έναν οργανικό και ρευστό σχεδιασμό που επιτυγχάνεται μέσω της βελτιστοποίησης τοπολογίας και του γενετικού σχεδιασμού, που επέτρεψε στους μηχανικούς να μειώσουν τη συνολική ποσότητα υλικού που χρησιμοποιήθηκε διατηρώντας παράλληλα υψηλή δομική ακεραιότητα.

Το πιο ωραίο μέρος της γέφυρας MX3D είναι ότι δεν είναι απλώς μια γέφυρα. είναι ένα ζωντανό εργαστήριο. Είναι εξοπλισμένο με μια σειρά από αισθητήρες που παρακολουθούν τη μετατόπιση, τους κραδασμούς και τους περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως η ποιότητα του αέρα σε πραγματικό χρόνο. Όλα αυτά τα δεδομένα τροφοδοτούνται σε ένα μοντέλο υπολογιστή, το οποίο χρησιμοποιούν οι ερευνητές στο Ινστιτούτο Alan Turing για να κατανοήσουν πώς η γέφυρα χειρίζεται την κυκλοφορία των ποδιών και τη γήρανση. Η γέφυρα έχει πλέον παροπλιστεί μετά την εξάντληση της άδειας δύο ετών, αλλά δεν ήταν αυτό το νόημα αυτού του έργου. Αυτή η εγκατάσταση απέδειξε ότι η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να δημιουργήσει ασφαλή και ανθεκτική υποδομή για αστικά περιβάλλοντα. Η MX3D συνεχίζει να αναπτύσσεται ως εταιρεία και χορηγεί άδεια χρήσης του λογισμικού ρομποτικής εκτύπωσης σε βιομηχανικές κατασκευαστικές εταιρείες.