Aligha akad olyan embertársunk, aki ne ámulna el a háromdimenziós nyomtatásról szóló hírek hallatán. Nyilván sokaknak a fantáziája is meglódul: a jobb memóriával megvert kisebbség emlékeiben a legendás lengyel Varázsceruza sorozat tűnhet fel (a főszereplő kisfiú rendre a semmiből feltűnő manótól kap varázserejű, problémamegoldó ceruzát: az ezzel a felszínre rajzolt tárgyak azután 3D-ben is megelevenednek), a fiatalabbaknak meg tán a Mátrix-széria virtuális világból letölthető arzenálja jut az eszébe. Ez utóbbi asszociáció annál inkább helytálló, mivel a legfrissebb hírek szerint immár otthoni 3D-s eszközökkel is legyárthatók olyan műanyag elemek, melyekből azután simán összerakható egy házilagos gépfegyver, mellyel akár több ezer lövést is leadhatunk, bár a töltényt továbbra is a fegyverneppertől kell beszerezni. Mindez komoly előrelépés a technológia destruktív célú alkalmazásában: korábban az ilyen fegyverek pár lövés után szétestek, s így gazdájuk szempontjából inkább ön-, mint közveszélyesek voltak. Látni fogjuk, hogy a nyomtatók főként és egyelőre (amúgy rendkívül praktikus) plasztiktárgyak, műanyag prototípusok előállítására alkalmasak. Akinek már házilagosan kinyomtatott Humwee-k vagy Tigris tankok lebegnének a szeme előtt, annak egyelőre csalódnia kell - vagy legalábbis be kell érnie apróbb darabokból összerakható műanyag modellekkel. De már most is intenzív kutatások folynak olyan 3D-s eljárások kidolgozására, melyek segítségével nyomtatott áramkörök, sőt fém alkatrészek is előállíthatók lesznek.
Printeltem egy világot magamnak
A 3D-nyomtatás a látszat ellenére sok évtizedes fortély, még ha mai fejlett formáját az utóbbi időkben nyerte is el. A technikatörténeti hagyomány szerint a 3D-nyomtatás alapelve 1995-ből származik, amikor az MIT két ifjú doktorandusza, Jim Bredt és Tim Anderson (utóbb a Z Corporation nevű 3D-praktikákkal foglalkozó cég alapítói) úgy alakított át egy tintasugaras nyomtatót, hogy az ne tintát fröcsköljön papírra, hanem anyagrétegeket olvasszon egymásra, s így térbeli objektumokat hozzon létre. Ehhez képest a folyékony fotopolimerből fény hatására szilárd tárgyakat előállító sztereolitográfia (SLA) módszerét már a nyolcvanas évek közepén szabadalmaztatta Charles W. Hull, de ennek is akadtak előzményei még az előző évtizedből. Mindenesetre a nyolcvanas években még böhöm nagy és drága monstrumok készültek - kellett néhány évtized a manapság használatos, kecsesebb jószágok megjelenéséig. A manapság is széles körben használatos sajtolásos, réteg-összeolvasztásos (FDM - Fuse Deposition Modeling) módszer a nyolcvanas évek végén jelent meg - 1990 körül már piacképes berendezések is készültek.
A 3D-nyomtatáson alapuló technológiákat összefoglalóan additív gyártási eljárásnak nevezik. Akad belőlük néhány (kettőt az imént említettünk), attól függően, hogy kiindulásképpen sajtolással formálható termoplaszt polimert, sajátos fémötvözetet, ne adj' isten ehető, mégis formálható nyersanyagot, valamiféle granulátumot, rétegesen elhelyezett papírt vagy műanyag matériát, fény hatására szilárduló folyékony fotopolimert, illetve gyantát használnak.
Mintha ráöntötték volna (Dita von Teese nyomtatott ruhában)
De bármelyik eljárást választjuk, szükségünk van egy használható digitális modellre, amelyet egy számítógéppel segített tervező (CAD - Computer-Aided Design) vagy egy 3D-animációs szoftver segítségével lehet előállítani, de természetesen használhatunk 3D-szkennert is, ami letapogatja a modellezni kívánt objektumot. A lényeg, hogy az elkészült, sokszor eltérő formátumú modelleket az alkalmazott számítógépes szoftver vékony (azonos vastagságú) virtuális szeletekre bontja. A használt CAD-szoftver és a 3D-printer között leggyakrabban egy STL fájl viszi át az információt. Ez apró háromszögekre bontva tárolja a térbeli test felületét - minél kisebbek a háromszögek, annál pontosabb a közelítés. A színes 3D-nyomtatók bemeneteként speciálisan úgynevezett VRML formátum szolgál - ez ugyanis nem csupán a méreteket, hanem a színeket is tartalmazza.
Nyomtatás során a gép beolvassa a modell adatait, majd sorban egymáshoz illeszkedő rétegeket képez az utóbb megszilárduló folyadékból, porból, granulátumból vagy sík lemezekből - s lépcsőzetesen építi fel a megvalósítani kívánt tárgyat. Az egymásra halmozott rétegek méretben és vastagságban is megegyeznek a modell adataival: a nyomtató dolga, hogy valamilyen módon összekösse őket - kivéve, ha azok maguktól is egymáshoz tapadnak. Ezzel a módszerrel csaknem minden testet és geometriai alakzatot elő lehet állítani. A nyomtatók némelyike már egészen lenyűgöző felbontású "képeket", azaz jelen esetben tárgyakat is elő tud állítani - minden attól függ, milyen vastagok (vékonyak) az egymásra felhordott rétegek. A szokásos rétegvastagság tizedmilliméteres (mint az irodai papír), de akadnak nyomtatók, melyek ennek kevesebb mint az ötödével dolgoznak - márpedig 16 mikron egy hajszál keresztmetszetének a fele-harmada. Ugyanakkor az egyes rétegek síkjában a felbontás megegyezik a lézernyomtatókéval, melyeknél az egyes pontok nagysága a milliméter tized-huszadrésze. A manapság alkalmazott printerekkel egy modell kinyomtatása néhány órától néhány napig tart - a nyomtatandó test méretétől és bonyolultságától függően. Tömeggyártás esetén egyelőre gazdaságosabb a hagyományos (pl. fröccsöntéses) eljárások alkalmazása, ám kis darabszámnál már olcsóbb, gyorsabb és rugalmasabb módszer az additív gyártási technológia. Egyelőre főképp prototípusok gyártására használják - olyan modelleket készítenek, melyek alapján megindulhat később a tömeggyártás. A 3D-nyomtatás már csak azért is olcsóbb, mivel így számos költségelemet meg lehet spórolni. Ha a kulcsfontosságú plasztik alkatrészekprototípusait valamilyen jól alakítható polimerből (mondjuk, műgyantából) nyomtatják ki, akkor ehhez nem kell gyártósort kiépíteni, így az esetleges illeszkedési hibák olcsón kiszűrhetők - és egy prototípus alkatrészeit akár néhány százezer forintból is ki lehet hozni. Ehhez képest a műanyag elemeket gyártó acélszerszámok elkészítése több tízmillió forintba is belekerülhet, az óhatatlanul előforduló hibák korrigálása pedig szintén milliós tétel lehet. Márpedig a 3D-nyomtatássalelejét lehet venni a próba-hiba elven alapuló drága javítgatásnak.
Márványból szoborta
A 3D-nyomtatás immár nagy méretbeli pontosságot igénylő tárgyak előállítására is alkalmas. Ha ez mégsem sikerülne (például a nyomtatandó objektum bonyolultsága miatt), akkor némi ráhagyással élnek, majd a hagyományos tárgyformálásra emlékeztető szubtraktív eljárással (mostanság már kezdik ekképpen hívni a hagyományos megmunkálási praktikákat) kifaragják belőle a végeredményt. Az igazán jó nyomtatók kétfajta anyagot (polimert, műgyantát) alkalmaznak - ezek közül az egyik gyakorta arra szolgál, hogy alátámassza az alapvetően másik anyagból készült tárgy egyes elemeit, majd ezt a pusztán tartófunkciójú anyagot utóbb leoldhatják vagy leolvaszthatják. Ennél rafináltabb alkalmazásokra is képes egy modern 3D-printer, amely már a tárgyformáláshoz is kétfajta matériát használ, s ezeket keverni is képes. Így lehetővé válik, hogy a korábban azonos keménységű tárgyon puha, rugalmas elemeket is elhelyezzenek - amilyen például egy távkapcsoló!
A 3D-nyomtatók alkalmazásának korlátját egyelőre a méretek jelentik: ma még leginkább fél méternél kisebb tárgyak nyomtathatók - később azonban alighanem piacra kerülnek azok a berendezések, amelyekkel nagyobb objektumok is előállíthatók additív eljárással. Szintén várat magára egy igazán jó felbontású otthoni printer piacra dobása is - a fenti precíziós megmunkálásra csak a drága berendezések alkalmasak, az otthoni masinák inkább milliméteres rétegekből, azaz a vastagabb anyagszálakból építkeznek. Márpedig az ilyen berendezésekhez nagy reményeket fűznek a szellemi javak szabad forgalmáért küzdő hackerközösségek is, melyek számára a 3D-nyomtató egy újabb eszköz a szerzői jogi/szabadalmi "zsarnokságtól" való szabaduláshoz (az átlagos szabadalmi jogok amúgy is lejárnak 25 éven belül - utána bárki vígan gyárthatja a levédett terméket -, ha van egy nyomtatója, akkor már ez sem gond). Egyelőre az eszköz ipari tömegtermelésre sem alkalmas, hiszen ahhoz kissé lassú - ám ha gyorsabb lesz a masina, akkor semmi sem állhat az útjába.
A technológia alkalmazásának távlatai pedig szinte beláthatatlanok. A paleontológiában, a régészetben éppúgy alkalmazható (például töredékes leletekből modellezhető, majd kinyomtatható egy egész csont, koponya vagy egy ősi tárgy), mint az építészetben. A magában is sci-fi-szerű genetikai tervezés, genetikai mérnöki praktikák során additív eljárással lennének előállíthatók új szövetek és szervek - ráadásul organikus nyersanyagból! A 3D-szkenneléses technológia pedig sérülékeny objektumok esetében pontos háromdimenziós képalkotást és modellezést tesz lehetővé - anélkül, hogy háborgatnánk az eredeti régészeti vagy műtárgyat, s mindezt akár egy mobiltelefon-applikáció segítségével. Az otthoni, egyelőre kissé pontatlan eszközökkel való fegyvernyomtatás ehhez képest kétségtelenül kisszerű, fantáziátlan elfoglaltság - de fajtánk arról híres, hogy ha érdekei úgy kívánják, képes két lábbal a földön járni.
