Krasni novi svet 3D-tiska

Slovenija, leto 2014. Na presaditev ledvic čaka okrog sto pacientov, na novo srce 40. Čakalna doba za presaditev ledvic je približno leto, lahko tudi tri. Dobijo jih samo primerni kandidati. Čas čakanja na novo srce je od nekaj dni do nekaj mesecev, več mesecev lahko čakajo celo tisti na prednostnem seznamu, saj vsako srce ni primerno zanje. Cena organov na svetovnem črnem trgu: ledvice po 3500 evrov v Indiji in 70 tisoč evrov v Turčiji, srce menda tudi po milijon evrov, še višjo ceno plačajo žrtve trgovine z organi.

Danes si je težko predstavljati, da čakalnih dob za presaditev organov nekoč ne bi bilo več. A glede na hiter razvoj tiskalnikov, ki tiskajo v treh dimenzijah (3D-tiskalnikov), obstaja možnost, da ta »znanstvena fantastika« že v prihodnjih desetletjih postane stvarnost. In čeprav na revolucijo pri tiskanju organov še čakamo, vse naprednejši in vse dostopnejši 3D-tiskalniki že danes spreminjajo življenje, kot ga poznamo.

Prav v medicini so z njimi že reševali življenja. Januarja 2012 so v neki pediatrični kliniki v ameriški zvezni državi Michigan pomagali nekaj tednov staremu otroku, ki je imel prirojeno napako v sapniku. Na podlagi posnetkov, narejenih z računalniško tomografijo (CT), so s 3D-tiskalnikom ustvarili otroku popolnoma prilagojen nadomestek nezraslega hrustanca in mu omogočili normalno dihanje. Tudi slovenski zdravniki pri uporabi novih možnosti 3D-tiska ne zaostajajo. Skupaj s strojniki s Fakultete za strojništvo v Mariboru na nevrokirurškem oddelku tamkajšnjega kliničnega centra že od leta 2006 ustvarjajo lobanjske kostne vsadke, ki so bolnikom popolnoma prilagojeni. »Tudi če bi čez napeli samo kožo, bi bilo že dovolj. Prileganje je tako dobro, da vsadka sploh ne bi bilo treba dodatno fiksirati,« pove strojnik Igor Drstvenšek, izredni profesor za področje proizvodnih tehnologij, ki je do sedaj vsako leto sodeloval pri vsaj petih takšnih operacijah. Z vsadki nadomeščajo dele lobanje, ki so jih morali kirurgi odstraniti, da bi imeli možgani po poškodbi kam nabrekniti. »Navadno so ti vsadki narejeni ročno. Le od kirurga je odvisno, koliko bo zadel obliko lobanje. Pri naši metodi pa naključij ni. Ko virtualni model vsadka oblikujemo na podlagi CT-ja lobanje in si pomagamo še z drugimi računalniškimi orodji, bi ga lahko preprosto natisnili iz titana in pripravljen bi bil za vsaditev. Ker pa takega stroja, ki bi tiskal titan, nimamo, najprej natisnemo plastični pramodel, po njem ustvarimo kalup in vanj vlijemo kostni cement. Tako dobimo pacientu popolnoma prilagojen vsadek,« postopek opiše Drstvenšek. V ljubljanskem kliničnem centru pa so mariborski strojniki sodelovali s kliniko za maksilofacialno kirurgijo, za katero so naredili čeljustni vsadek.

3D-tiskanje se skupaj s 3D-skeniranjem vse bolj uveljavlja tudi v ortotiki in protetiki, estetski kirurgiji in zobozdravstvu, kjer bo nadomestilo velik del zobotehničnega procesa.

Seveda pa 3D-tiskanje ne prinaša izboljšav le v medicini, ampak postopoma vpliva na vse dosedanje družbene vzorce in odnose. Obetamo si lahko korenite spremembe svetovne trgovine in trženjskih konceptov. Naenkrat si bomo lahko sami natisnili par natikačev ali edinstvene gumbe, okvirje za očala, različne obeske … Na trgovinske poti pa bodo vplivale majhne delavnice in tovarne, kjer bodo delovali zmogljivi 3D-tiskalniki in drugi digitalno vodeni stroji, stale pa bodo v neposredni bližini potrošnikov.

Tehnološka revolucija?

Čeprav je bil koncept 3D-tiskanja razvit že v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, tehnologija pravi razmah doživlja šele zadnjih nekaj let. »Pred šestimi leti je britanski profesor Adrian Bowyer naredil 3D-tiskalnik RepRap, ki lahko natisne samega sebe. Načrte zanj je dal na voljo brezplačno, po načelu odprtokodnega deljenja datotek. Naenkrat se je vzpostavila množica teh 3D-tiskalnikov z veliko podjetji in posamezniki, ki imajo vsak svoje modele, si med seboj prosto izmenjujejo izboljšave in naprej razvijajo tehnike tiskanja,« pravi Luka Frelih, heker iz Ljudmile, laboratorija za znanost in umetnost, ki od leta 2010 vodi delavnice in druge projekte, povezane s 3D-tiskanjem. »Prej so bile te naprave dostopne samo v industrijskem oblikovanju, stale so od deset tisoč do več kot milijon evrov, zdaj pa lahko sestavne dele za tiskalnik dobimo že za okrog 700 evrov.«

Odkar imajo v svojih prostorih 3D-tiskalnike, je kar nekaj oblikovalcev pri njih natisnilo prototip. 3D-tiskanje namreč zelo pospeši razvojni cikel oblikovanja novega izdelka. »Po navadi je oblikovalec najprej izrisal dizajn, pripravil tehnične skice, izbral materiale, modelar je to oblikoval, sledili so odlitki, popravljanje odlitkov, in če kaj ni bilo v redu, smo postopek ponovili,« se dela v zlatarni spominja oblikovalka nakita Olga Košica, ki pod znamko olgafacesrok skupaj z Rokom Marinškom s 3D-tiskalnikom ustvarja nakit, ki so ga imeli priložnost videti tudi obiskovalci Pariškega tedna mode. Tiskata ga v podjetju Ortotip, ki ga je ustanovil prav Drstvenšek. »Zdaj je vse v računalniku. Če nama kaj ni všeč, popraviva. Če se pri tisku kaj zatakne, natisneva znova,« pojasnita, kako preprosta sta oblikovanje in izdelava nakita postala z novo tehnologijo. »Odziven si, hitrejši si, to pa potrebuje tudi trg.« In to, kar pravita, seveda ne velja samo za oblikovanje nakita.

Načinov tridimenzionalnega tiskanja je več. Najpogostejše je nalaganje materiala, ki poteka podobno kot pri navadnih tiskalnikih, le da 3D-tiskalniki tiskajo še v višino. Namesto kartuše z barvo je v brizgalno glavo vpeta nit plastike, ki jo tiskalnik stopi in ciljno nalaga plast za plastjo ter tako ustvari končni model. Kako naj nalaga plastiko (če gre za zmogljivejši tiskalnik, pa tudi kakšen drug material), mu pove program, v katerem je model izrisan. Košica in Marinšek uporabljata drug način tiskanja, ta poteka z laserskim taljenjem. Največ pa obeta 3D-tiskanje s svetlobo in za svetlobo občutljivimi utekočinjenimi polimeri (fotopolimernimi smolami), ki ob osvetlitvi otrdijo. Navadno je natančnost tiskanja sto mikrometrov, s to metodo je mogoče tiskati že nekaj deset nanometrov tanke plasti, kar bi lahko prav prišlo predvsem pri tiskanju organov, že danes pa se uporablja v Formuli 1.

Med laično javnostjo, ki ne potrebuje izjemno natančnih izdelkov, so najbolj uveljavljeni 3D-tiskalniki znamke MakerBot, ki plastiko nalagajo po slojih in jih istoimensko podjetje prodaja za okrog 2000 evrov. Podjetje je uspešno predvsem zato, ker je tiskalnik začelo tržiti med prvimi, upravlja pa tudi spletno platformo Thingiverse, namenjeno deljenju 3D-načrtov, ki jih lahko vsak prosto prenese v računalnik in natisne želeni model; prek te platforme se podjetje uspešno oglašuje. A vprašanje je, ali mu bo še dolgo uspelo ohraniti prevlado na trgu, saj močno konkurenco dobiva iz Slovenije. Arhitekt Denis Bolić je izdelal 3D-tiskalnik, ki je vsaj dvakrat hitrejši od MakerBotovih, na voljo pa bo po podobni ceni. Serpent, kot ga je poimenoval, je iz aluminija in je, drugače od številnih drugih, tudi videti lep. »Mora biti lep, drugače ni nič,« pravi Velenjčan. »Tiskalnik je narejen brezkompromisno. Na brizgalni glavi ima tipalo, ki se pred vsakim tiskanjem nastavi – točno izmeri razdaljo od glave do podlage. Največja težava vseh teh tiskalnikov je namreč prav neusklajenost, ki nato povzroča napake pri tisku,« še doda.

Napake se sicer pri 3D-tiskanju pojavljajo tudi zaradi same plastike, ki v povezavi z najcenejšimi tiskalniki ni ravno zanesljiv material, pojasnjuje Frelih. Ne bo pa plastika edina surovina, ki jo bo s cenovno dostopnimi 3D-tiskalniki mogoče tiskati. »Tiskala se bodo tiskana vezja, kovina, steklo …« napoveduje novomedijski umetnik in oblikovalec Tilen Sepič, ki je bil v sklopu projekta Pop-up Dom vodja fablaba (okrajšava iz angleške besedne zveze fabrication laboratory), nekakšne mini delavnice, kjer je bil obiskovalcem na voljo 3D-tiskalnik. Sepič sicer omejitev že zdaj ne vidi več, saj z modelom, natisnjenim s 3D-tiskalnikom, lahko naredimo kalup, v katerega nato vlijemo katerikoli drug material – kot to delajo Drstvenšek in kirurgi mariborskega UKC-ja. A to le ni za vsakega in tudi sicer tiskanje s 3D-tiskalniki ni prav preprosto. »Za 3D-tiskanje je potrebna velika krivulja učenja. Treba je poznati malce tehnologije polimerov, osnove termodinamike in elektroniko 3D-tiskalnika. Čeprav načrte dobimo na spletu, je tiskalnik še vedno treba pripraviti do tega, da dela. Dokler je to pogoj za uporabo, ne bo množične rabe,« meni Drstvenšek. Poleg tega so tovarniški izdelki danes še vedno veliko cenejši od teh, ki bi jih natisnili sami, podobno kot velja za fotografije, ki si jih res lahko natisnemo doma, a je to 20-krat dražje od razvijanja v fotografskem studiu.

Industrijska revolucija?

Čeprav množične uporabe 3D-tiskalnikov, ko bi bili ti vsakdanji »inventar« povprečnega gospodinjstva, verjetno ne bo, se ob naglem razvoju te tehnologije vseeno postavlja vprašanje, ali bi 3D-tiskanje lahko spremenilo sedanji način proizvodnje in s tem svetovno trgovino. Drstvenšek meni, da so nizkocenovni 3D-tiskalniki za to še premalo zmogljivi in zanesljivi. »Se pa razvija segment, ki dejansko pomeni industrijsko revolucijo – ponudniki storitev 3D-tiskanja bodo prevzeli vlogo tovarn. Ker je zdaj prevoz poceni, so najcenejši proizvajalci na Kitajskem. Seveda bi bilo najceneje, če bi bili v bližini potrošnikov. Danes tega nimamo, ker je za to potrebna tovarna z zaposlenimi. 3D-tiskalnik pa je tovarna, ki potrebuje samo enega izurjenega upravljavca. Omogoča torej prihranek pri prevozu in optimizacijo stroškov proizvodnje, ker ni več odvečne produkcije,« razloži.

3D-tiskanje zelo pospeši razvojni cikel oblikovanja novega izdelka. »Odziven si, hitrejši si, to pa potrebuje tudi trg,« pravita oblikovalca nakita Olga Košica in Rok Marinšek.

Na 3D-tiskalnike je treba sicer gledati kot na le eno od orodij digitalne proizvodnje – torej proizvodnje, kjer načrte za vsak kos, ki ga potrebujemo, najdemo na spletu in si ga z raznimi doma narejenimi ali v različnih mini delavnicah dostopnimi CNC-stružnicami in drugimi stroji tudi izdelamo. »Postopoma se bodo zato pričakovanja ljudi povečala. V Ikei, na primer, zdaj stvari izdelujejo preveč površno, zato se bo marsikdo odločil za digitalno proizvodnjo, čeprav bodo izdelki dražji. To pa ne pomeni nujno, da bo Ikea z razcvetom fablabov propadla. Prej bi rekel, da bo sama postala fablab, le veliko ceneje bo pri njej vse izdelati,« ugiba Sepič.

Čeprav se torej res govori o revoluciji, ki so jo povzročili 3D-tiskalniki, gre dejansko za revolucijo, ki izvira iz prostega dostopa do informacij, kar je omogočil internet, iz razvoja računalniškega oblikovanja virtualnih modelov in iz načela odprtokodnosti, kjer ljudje mimo institucij (so)ustvarjajo izdelke. »Tako kot parni stroj ni bil vzrok industrijske revolucije, ampak jo je samo omogočil, tudi 3D-tiskalnik ne bo vzrok industrijske revolucije, ampak bo vse možnosti interneta le približal,« meni Drstvenšek. »Vse, kar ta trenutek onemogoča resno proizvodnjo s temi tiskalniki, je zagotavljanje kakovosti in ponovljivosti. To poskušamo zdaj rešiti univerze in raziskovalni inštituti.«