Tisk prihodnosti: Od hrane do orožja!

Koliko te dni natisnemo na papir?

V enaindvajsetem stoletju večinoma tiskamo in bolj malo pišemo. Zato je najboljši prikaz za količino tiskanja kar količina porabe papirja. Ta se je na globalni ravni od leta 1980 povečala za skoraj polovico. Glede na statistiko CEPI so največji potrošniki papirja Belgijci, zahvaljujoč EU birokraciji. Ti letno porabijo skoraj 226 kilogramov papirja na osebo, kar je ekvivalentno osmim in pol dvanajstmetrskim drevesom. Slovenci nismo daleč za njimi z 216 kilogrami na osebo letno, kar je krepko nad evropskim povprečjem, ki je malo nad 150 kg.

Je tiskanje še upravičen strošek?

Tiskanje ni poceni. Kartuše za najcenejše inkjet tiskalnike stanejo nad 20 €, kar je lahko v redkih primerih več od cene samega tiskalnika. Domačim uporabnikom, ki tiskajo malo in občasno, se nakup tiskalnika skorajda ne splača. Če tiskate zelo redko, lahko takrat stopite do bližnjega študentskega servisa, kjer vam bodo za majhno plačilo natisnili vaše dokumente. Če tiskate bolj pogosto, a v manjših količinah, se vam splača nakup najcenejšega inkjet tiskalnika. Nakup dražjih naprav se vam ne bo nikoli obrestoval, zato le poglejte, da kupite najcenejši tiskalnik z najcenejšimi kartušami. Če tiskate malo, posegajte raje po manjših kartušah, da se vam ne zasušijo.

Pri podjetjih, ki več tiskajo, je zelo pomembno, da izračunamo ceno tiska na leto. Za to morate sešteti cene porabljenih kartuš in ceno tiskalnika. Zdaj primerjajte znesek svojega tiskalnika z zneski ostalih tiskalnikov različnih podjetij in presenečeni boste nad rezultati.

Kaj bi konec tiskanja pomenil za naravo?

Gozdovi shranjujejo 50 odstotkov ogljika na Zemlji, kar pomeni, da delujejo kot »ogljikova sita«, ki zadržujejo onesnaženje, ki bi povzročalo globalno segrevanje. Polovica gozdov na svetu je že bilo posekanih ali požganih. Od ostale polovice pa je 80 odstotkov gozdov opustošenih. 42 odstotkov industrijskega lesa je namenjenih izdelavi lesa in papirna industrija je četrti največji proizvajalec toplogrednih plinov. Medtem ko lahko nekatere papirne izdelke recikliramo, ima papir za tiskalnike le 6 odstotkov reciklažnih vsebin. V ZDA so ocenili, da bi znižanje porabe papirja za 10 odstotkov zmanjšalo emisije toplogrednih plinov za 1,6 milijona ton, kar je primerljivo z umikom 280.000 avtomobilov s cest. Zato postaja danes zelo priljubljeno brezpapirno poslovanje.

Pregled novih tehnologij klasičnega tiska

Tiskanje z mobilnih naprav

Pametni telefoni dobivajo bolj in bolj zmogljive fotoaparate. Nekateri se že lahko kosajo s klasičnimi digitalnimi fotoaparati. Zato jih vse več ljudi uporablja za počitniško fotografiranje. Nekateri se nato zadovoljijo z nalaganjem teh slik na Facebook in druga družabna omrežja, drugi shranijo in gledajo slike na računalniku, tretji pa jih natisnejo, saj še vedno želijo fotografijo, ki jo lahko primejo in pokažejo drugim. Tako postaja pri domačih uporabnikih izredno priljubljeno tiskanje in skeniranje z mobilnih naprav. Tako lahko fotografije enostavno natisnete direktno z mobilnega telefona, ne da bi morali vklopiti računalnik. Kljub temu, da postajajo mobilne naprave in tiskalniki vse bolj povezani, je v večini primerov potrebna namestitev primerne aplikacije na mobilno napravo. Če se vam to zdi nepotrebno nadležno opravilo, pomislite, da boste po tem lahko ne le tiskali z mobilne naprave v drugi sobi, temveč tudi od kjerkoli na svetu. Natisnjene fotografije pa vas bodo že čakale, ko se vrnete domov. Poleg fotografij je seveda možen tudi mobilni tisk drugih dokumentov. Pošiljanje dokumentov z mobilne naprave po internetu vsekakor ni najbolj učinkovito in hitro tiskanje, je pa gotovo zelo uporabno za tiskanje ene ali dveh slik.

Tiskalnik, ki izbriše stiskane liste

Kljub temu, da postaja brezpapirno poslovanje vse bolj priljubljeno tudi pri nas, se žal še ne moremo čisto znebiti papirja. Nekatere stvari je treba natisniti. Najbolj problematični pa so dokumenti, ki jih natisnemo le zato, da jih podpišemo in poskeniramo, nakar papir vržemo stran. Zato so pri Toshibi ustvarili eko tiskalnik, ki zmanjša porabo papirja. Tiskalnik lahko pobledi svoje črnilo in tako isti list uporabi do petkrat.

Varčna poraba črnila

Pred letom dni je Epson izdal svojo L serijo tiskalnikov. To so bili prvi tiskalniki, ki so vsebovali svoje lastne rezervoarje s črnilom, ki omogočajo nenehen tok črnila. Ta sistem je poznan kot sistem neprestanega napajanja črnila ali CISS (Continuous Ink Supply System). Poleg enostavnosti uporabe to omogoča tudi višjo produktivnost z manjšo porabo črnila. Ključni prednosti, ki jih prinašajo Epsonovi tiskalniki na tem področju, sta Epsonova Micro Piezo tehnologija in ultra veliki rezervoarji s črnilom. Micro Piezo tehnologija je sistem, s katerim tiskalnik brizga črnilo na papir. Ta tehnologija, ki lahko natančno poveča ali zmanjša pritisk vbrizga, se razlikuje od drugih termalnih metod vbrizgavanja, ki lahko pritisk le povečajo. To omogoča večji nadzor gibanja, manjšo velikost pik, kar vodi v večjo natančnost. Glave teh tiskalnikov so opremljene z VSDT tehnologijo, ki omogoča razpršitev črnila v treh različnih velikostih. Rezervoarji se še ponašajo s FIT tehnologijo, ki uporablja dušilno loputo, da nadzira pritok črnila v šobe tiskalnika. Ta tehnologija prinaša več vrednosti iz vsake plastenke črnila in omogoča transport brez puščanja črnila.

Zanimiva je tudi Ricoh GelJet tehnologija, ki omogoča manjšo porabo črnila kot inkjet, hitrost laserskih tiskalnikov, manjšo porabo električne energije in hitro sušeče viskozno črnilo.

3D tisk je med nami

V zadnjem času vse pogosteje slišimo izraz 3D tiskalniki, ki so več ali manj že vsem dobro poznani. Mnogi se pri tem sprašujejo, ali lahko takšni tiskalniki postanejo tako pogost del našega življenja kot je danes internet. Najdemo vse več 3D tiskalnikov, ki iz leta v leto postajajo vse bolj zmogljivi in cenovno dostopni. Večina takšnih 3D tiskalnikov uporablja tehnologijo, s katero se zgradijo predmeti z nalaganjem velikega števila tankih plasti eno vrh druge.

Fotopolimerizacija

Prvi komercialni 3D tiskalnik je bil izumljen leta 1984. Tiskal je s tehniko stereolitografije. Stereolitografski tiskalniki ali SLA aparati imajo gibljivo podlago pod virom tekočega fotopolimera. Ultravijolični žarek zariše prvi rez predmeta na površino tekočine, ki se pod žarkom strdi. Podlaga se nato rahlo spusti in žarek nariše nov nivo. Ko je predmet natisnjen, se vzame iz tekočine in posuši. Takšen tip 3D tiskalnikov ostaja najbolj natančen, saj imajo najmanjšo debelino nivoja le pičlih 0,06 mm.

Podobna tehnologija 3D tiska, ki prav tako deluje na principu izbirnega strjevanja v posodi s tekočino, je DLP projekcija. Pri teh tiskalnikih se z uporabo projektorja strdi celotna plast naenkrat, namesto risanja tanke poti z žarkom. Na tem področju je vodilno podjetje envisionTEC s svojimi Perfactory tiskalniki.

Tretji način 3D tiskanja, ki ustvari predmet z uporabo žarka svetlobe za strjevanje tekočih polimerov, je polyjet matrika. To tehniko je izumilo podjetje Object, ki je danes del podjetja Stratasys. Predmet ustvari z iztiskanjem tekočega fotopolimera iz inkjet tiskalniku podobne glave. Po vsaki natiskani plasti se uporabi močna UV žarnica za strjevanje, preden se natisne nova plast. Z uporabo več glav na tiskalniku se lahko hkrati tiska z več materiali ali barvami.

Izrezovanje materialov

Namesto strjevanja plasti plastike so lahko 3D tiskalniki osnovani tudi na principu izrezovanja materiala. V tem primeru se poltrd material, najpogosteje vroča termoplastika, odloži na računalniško nadzirano tiskalno glavo. Ta proces je poznan pod številnimi imeni, kot so zlito modeliranje deposicije ali FDM, termoplastična ekstruzija, plastični jet tisk ali PJP, metoda zlitega polnila ali FFM in proizvodnja zlitega polnila ali FFF. Ti tiskalniki lahko ustvarjajo predmete iz ABS, kot tudi iz biorazgradljivih PLA plastik. Poleg plastik lahko ti tiskalniki delajo tudi z drugimi poltrdimi materiali. Med drugimi se je pojavilo 3D tiskanje sira in čokolad, kot tudi betonski tiskalniki, ki bodo lahko v prihodnosti tiskali kar zgradbe.

Granularno povezovanje materialov

Tiskalniki v naslednji kategoriji tiskajo predmete z izbirnim združevanjem plasti materialov v prahu. To dosežejo na enega izmed dveh načinov. Binder jetting ali inkjet tiskanje s prahom prši lepilo, na katerega se primejo plasti prašnih materialov. Ti predmeti potrebujejo še dodaten premaz za izdelavo čvrstih izdelkov. Podobni tiskalniki lahko lepijo plastiko v prahu, pesek ali celo kovine. Pri 3D sandcastingu se lepilo prši na pesek. Ta izdelek se uporabi kot vzorec, v katerega se vlije tekoča kovina, ki se strdi v končni izdelek. Pri binder jetting kovinskem tisku se plast brona ali jekla v prahu sprijema z vezivno tekočino. Grelna žarnica nato posuši plast, nato se čez njo nanese nova plast in postopek se ponovi. Po koncu tiskanja se predmet postavi v pečico. V tej stopnji je še krhek, zato se še dodatno spoji z bakrenim prahom za večjo čvrstost. Končni rezultat je 99,9 % čiste kovine. Alternativni postopek za kovinski tisk je SLS ali selektivno lasersko sintranje. Tu je namesto vezivne tekočine uporabljen laser za zlitje kovinskih granul prahu do sprijema. S to tehniko je možno tiskati z voskom, polistirenom, najlonom, steklom, keramiko, jeklom, titanom, aluminijem in zlitinami, kot sta kobalt in krom. Zelo podobna metoda je selektivno lasersko topljenje ali SLM, ki se od SLS razlikuje le v tem, da se laser uporabi za popolno zlitje kovinskih granul in ne le delno za sprijem.

3D tiskalniki ne tiskajo le plastike

Predstavljate si svet, kjer bomo kar preko spleta kupovali 3D modele za različne predmete, kot so zaščitne maske za mobitele, krožniki, žlice, avtomobilski deli, šolski pribor, modeli molekul itd. Takšne sheme modelov bomo lahko nato odprli s posebnim programom in jih preprosto natisnili s pomočjo domačega 3D tiskalnika.

Tiskalnik čokolade

Raziskovalci z britanske univerze University of Brunel so uporabnost 3D tiskalnikov razširili še na kulinariko. Izdelali so prvi komercialno dostopen 3D tiskalnik čokolade na svetu. Naprava bo ljubiteljem čokolade omogočila, da bodo lahko tiskali čokolade po lastnem okusu in obliki. Uporaba 3D tiskalnika čokolade naj bi bila nadvse enostavna. Tu bo namreč potrebno le narisati model, stopiti nekaj čokolade in z njo napolniti posebno injekcijo, ki je del tiskalnika. Tiskalnik nam bo nato čokolado natisnil v le nekaj minutah.

Prvi komercialno dostopen 3D tiskalnik čokolade na svetu »Choc Creator Version 1« je že mogoče kupiti na njihovi uradni spletni strani chocedge.com. Zanj je potrebno odšteti kar 3.448 evrov. Pri tem je treba omeniti, da se je za to napravo zanimalo že veliko trgovcev in proizvajalcev sladkarij ter posameznikov z vseh koncev sveta.

Implantati

Danes lahko s pomočjo 3D tiskalnika poleg povsem praktičnih zadev natisnemo tudi povsem funkcionalne človeške dele. Marca je ekipa angleških strokovnjakov pacientu kar 75 odstotkov njegove lobanje nadomestila z natisnjenim vsadkom, ki ga je izdelalo podjetje Oxford Performance Materials iz Connecticuta, ZDA. Nadomestna lobanja je bila izdelana v le petih dneh.

Prednost 3D tiskanja človeških delov telesa je v tem, da lahko le te izdelajo s 100 % natančno prilagodljivostjo. Material, ki se pri tem uporablja, se imenuje PEKK, govora pa je o biokemičnem polimeru, ki je po mehanski plati precej podoben človeškim kostem, a je hkrati tudi osteokonduktiven, kar pomeni, da se lahko popolnoma prekrije s človeškimi celicami. Poleg tega vsadek ne ovira rentgenskih žarkov tako kot kovinske plošče, ki se po navadi uporabljajo za takšne vrste poškodb.

Orožja

V ZDA še vedno poteka bučna razprava o strožjem nadzoru nad orožjem. Medtem ko skuša njihov predsednik Barack Obama doseči sprejem strožje orožarske zakonodaje, je ameriška vlada podjetju Defense Distributed podelila licenco za proizvodnjo in trženje natisljivega orožja. Tu gre namreč za orožje, ki ga je mogoče natisniti kar z uporabo 3D tiskalnika, kar pomeni, da je njegova izdelava hitra in nadvse poceni.

Podjetje Defense Distributed je medtem s pomočjo 3D tiskalnika že izdelalo prvi delujoči prototip polavtomatske puške, ki lahko brez okvare izstreli naboje za več kot 600 polnih stražarjev. Prva natisnjena pištola z oznako »Liberator« je izdelana iz skupno 16 delov, pri čemer je bilo kar 15 delov natisnjenih s cenovno nadvse dostopnim 3D tiskalnikom Stratasys. Podjetje Defense Distributed zatrjuje, da bi lahko bila njihova pištola v celoti izdelana iz plastične mase, vendar so jo morali opremiti še s kovinskim delom zaradi ameriške zakonodaje, ki zahteva, da mora biti vsako orožje prepoznano pri pregledu z detektorjem kovin. Od 14. septembra je razstavljena v muzeju Victoria and Albert v Londonu.

Neprofitna organizacija bo kmalu izdelala še bogato paleto pištol, pušk in drugega avtomatskega orožja, ki bo naprodaj še pred koncem letošnjega leta. Ker gre za neprofitno organizacijo, bo orožje cenovno zelo ugodno, saj bo podjetje s prodajo poskušalo pokriti le stroške 3D tiskalnikov in materiala.

Pogled v prihodnost

3D tiskalniki bodo, kot nam prikazujejo priljubljene znanstveno fantastične serije, nepogrešljivi v vesolju. Vesoljske ladje in postaje bodo zelo omejene s količino prostora, zato s sabo ne bodo mogle imeti vseh rezervnih delov in ogromnih zalog drugih materialov. S pomočjo 3D tiskalnikov bodo lahko s sabo nosile le osnovne materiale, iz katerih bodo lahko natisnile vse potrebne izdelke.

Tisk hrane

NASA že nekaj časa načrtuje enosmerno misijo na Mars, kamor bodo poslali štiri zmagovalce njihovega natečaja. Tam bodo morali preživeti do konca svojih življenj. Nekatere surovine si bodo proizvajali sami, druge pa jim bo občasno pošiljala NASA z Zemlje. S tem namenom so pospešili razvoj 3D tiskalnikov za tiskanje hrane. Nasini raziskovalci so namreč najavili, da skupaj z inženirji hčerinskega podjetja Systems & Materials Research Corporation pripravljajo namenski tridimenzionalni tiskalnik, ki bo hrano natisnil na osnovi posušenih osnovnih sestavin, kot so beljakovine, ogljikovi hidrati, sladkorji, maščobe in še mnogo več. Natisnjena hrana naj bi imela povsem enak okus kot tista, ki jo danes kupimo v trgovini.

Ameriška vesoljska agencija NASA je za razvoj namenskega 3D tiskalnika hrane že namenila preračunanih 100 tisoč evrov. Če bo projekt obrodil želene sadove, bodo s tem sprva največ pridobili astronavti, saj si bodo na dolgotrajnih vesoljskih odpravah lahko pripravili oziroma natisnili nadvse okusno hrano. V bližnji prihodnosti pa naj bi ta s pridom služil celotnemu človeštvu, saj Nasini raziskovalci verjamejo, da bo zaradi večanja števila ljudi na modrem planetu hrana kmalu postala zelo draga, natisnjena hrana pa naj bi bila občutno cenejša in z izjemno dolgim rokom uporabnosti. Trenutno še ni znano, kdaj bo tridimenzionalni tiskalnik hrane nared in kdaj bo na voljo v prosti prodaji. Nasini raziskovalci verjamejo, da se bo to po vsej verjetnosti zgodilo še pred letom 2020.

Človeški organi

Če bomo v bližnji prihodnosti uporabljali nadomestne organe, ki bodo natisnjeni kar s pomočjo 3D tiskalnika, je odvisno tudi od projekta, ki ga razvijajo na Univerzi Kalifornija v San Diegu. Tamkajšnji znanstveniki so razvili tehnologijo, ki omogoča ustvarjanje tridimenzionalnih mikrostruktur v samo nekaj sekundah. Za njihovo oblikovanje so uporabili mehke, biokompatibilne gele, sam proces izdelave pa se imenuje dinamična optična projekcija stereolitografije (DOPsL). Sedanji tehniki za proizvodnjo mikroskopskih 3D struktur, kot sta mikrolitografija in mikrokontaktni izpis, omogočata zgolj izdelavo preproste geometrije in 2D struktur. Za razliko od njiju, stereolitografija omogoča izdelavo velikih predmetov, kot so različna orodja in avtomobilski deli.

V interesu znanstvenikov iz omenjene univerze je izpopolniti izpis na mikro in nano ravni, ki je bistvenega pomena za razvoj umetnih tkiv, kot so krvne žile, ki so ključnega pomena za distribucijo hranil in kisika skozi telo. Brez možnosti tiskanja tako majhnih struktur so laboratorijsko razviti organi, kot so npr. ledvice in jetra, popolnoma neuporabni za bolnika. Sistem, ki so ga razvili znanstveniki za svoje delovanje uporablja računalniški sistem za projekcijo in natančno upravljanje mikrozrcal, ki pošiljajo svetlobo raztopino, ki vsebuje fotoobčutljive biomateriale in celice tkiva. Takšen foto proces strdi posamezne plasti v trdno strukturo, vse skupaj pa traja zgolj nekaj sekund. Omenjen projekt je financiran s strani ameriške vlade, znanstveniki pa so v te namene dobili 1,5 milijona dolarjev sredstev. Znanstveniki upajo, da bodo lahko že v bližnji prihodnosti s pomočjo omenjene tehnologije natisnili celotno strukturo posameznega organa, kar bi pomenilo velik napredek v regenerativni medicini.

Kljub temu, da smo še leta daleč od teh vizij, so februarja bioinženirji na Cornell univerzi natisnili nadomestno uho. Zunanje uho je bilo natisnjeno iz gela živih celic. V treh mesecih je uho zaraslo svoj hrustanec, ki je zamenjal bazo iz kolagena. Na Princeton univerzi pa so maja natisnili prvi bionski organ. Natisnjeno uho združuje biološko strukturo z elektronsko tehnologijo. Naprava lahko s svojo zavito anteno prejme širok spekter frekvenc. Za zdaj lahko uho prejme radijske valove, toda v prihodnosti upajo, da bo lahko zaznalo tudi akustično energijo.

3D tisk zgradb

Nizozemski arhitekt Janjaap Ruijssenaars je napovedal, da namerava zgraditi dvoetažno stavbo, ki bo v celoti zgrajena iz delov natisnjenih s pomočjo 3D tiskalnika. Hiša se bo imenovala »Landscape House«, ta pa bo imela dve nadstropji v obliki številke 8. Šlo bo za edinstveno ovalno konstrukcijo, katere streha se bo zlivala s tlemi in obratno. Posamezni deli stavbe bodo natisnjeni s pomočjo tiskalnika imenovanega D-Shape, ki ga je razvil Enrico Dini, ta pa za proces tiskanja koristi postopek stereolitografije.

Za izdelavo modelov se pri tem uporabljata pesek in posebna vezivna masa, s pomočjo katerih nastanejo strukture, ki so trdne kot beton. Tiskalnik bo ogromno količino peska uporabil za izris posameznih elementov v velikosti 6 x 9 metrov, ki se bodo uporabili za gradnjo celotne zgradbe. Landscape House bo tako prva zgradba, ki bo v celoti zgrajena s pomočjo natisnjenih delov. Stroški gradnje naj bi znašali med 3 in 5 milijoni evri.

3D tisk v vesolju

Izgradnja vesoljske postaje na Luni zahteva velike količine opreme, materialov in gradbenih elementov, ki se morajo pretovoriti z Zemlje. Stroški prevoza pri tem so ogromni, takšna gradnja pa lahko traja tudi več desetletij. Prav zaradi tega je Evropska vesoljska agencija prišla na idejo, da bi na Luno pripeljali le gradbene stroje, ki bi zgradbe gradili s pomočjo tamkajšnjega materiala. Prav zaradi tega so z industrijskimi partnerji, med katerimi so tudi arhitekti podjetja Foster + Partners, začeli projekt, ki bo takšno gradnjo omogočil.

Osnovna ideja projekta je, da se na Luno pošlje zgolj opremo za zbiranje in predelavo tamkajšnjih surovin ter 3D tiskalnik, ki bi lahko s pomočjo lokalnega materiala gradil posamezne stene. Raziskovalci so omenjeno tehnologijo s pomočjo različnih 3D tiskalnikov že začeli testirati, arhitekti pa so ob tem že ustvarili načrt posameznih stavb, ki bi se lahko gradile s pomočjo takšne tehnologije. V sklopu tega je bil zgrajen prvi gradbeni blok, ki tehta 1,5 tone. Zgrajen je bil s pomočjo tiskalnika D-Shape, ki ga proizvaja podjetje Monolite.

Pri NASI prav tako financirajo projekt podjetja Tethers Unlimited, ki namerava izdelati robotskega pajka, ki bo združeval 3D tisk in sestavljanje. Projekt SpiderFab naj bi svoj uspeh v Zemljini orbiti pokazal leta 2020. NASA je v preteklosti že financirala druge projekte 3D tiska v vesolju, toda ti so bili omejeni na tisk znotraj plovil. Projekt SpiderFab bo lahko gradil kar same kose plovil. Sposoben naj bi bil do kilometra in pol dolge strukture. Direktor podjetja Tethers Unlimited Roby Hoyt pravi, da bodo tako lahko proizvajali komponente, ki so »deset do stokrat večje kot je mogoče zdaj, nudile pa bodo več moči, večje pasovne širine ter večjo resolucijo in natančnost za širok spekter vesoljskih misij.«