Gondolatok a háromdimenziós nyomtatásról

Egy viszonylag új, és még mindenképpen kibontakozófélben levő technológiáról beszélünk, amely az élet számos területén változtathat meg dolgokat. Az azonban, hogy mindez miként csapódik majd le, még a jövő kérdése. Kozák Barnabás írása kutatása tárgyában.

„Az átalakulás azonban olyan hatalmas mértékű, hogy ma nem is valami korábban létező újjászületésről (renaissance), hanem a mozgalom eredményeként valami merőben újnak a teremtéséről (naissance) beszélhetünk. Szemben korábbi korok folytatóival, akiknek csak korlátozott számú motívum állt rendelkezésükre, és csak néhány szomszéd néppel érintkeztek, mi, társadalmi viszonyaink és modern vívmányaink ereje folytán, szabadon rendelkezünk az emberiség összes képességével és tudásával.”

(Otto Wagner - Korunk építőművészete)

Ma napról-napra egyre több hírben hallani a háromdimenziós nyomtatásról. Divattervezők ruhákat, kutatók művégtagokat, mesterséges emberi szerveket, feltalálók robotokat állítanak elő a technológia segítségével. Az Airbus A300/A310 repülőgéphez nyomtatott fém, illetve műanyag alkatrészeket használnak. Az élet majdnem minden területén elkezdődött a technológia hasznosítási lehetőségeinek kutatása. Azonban a háromdimenziós additív gyártás nem csupán egy újabb technológia, mint inkább egy forradalom, amely rendkívüli módon kihatással lehet a jövőnkre. A globalizált gazdaság normáinak átalakulását, egy demokratikusabb és egységesebb elosztási rendszer vízióját vetíti előre.

A 21. század technológiai fejlődése egyre újabb és meglepőbb találmányokkal áll elő, amelyek eddig soha nem látott összetettséggel hálózzák be mindennapjainkat. Többé már nem az ember szolgálja a technikát, a technikának kell szolgálnia az embert. Ugyanakkor a tisztán funkcionalista, illetve technokrata megközelítések sokszor elvesztik az értelmezhetőséget és az életszerűséget. Az emberek ehelyett izgalomra és inspirációra vágynak. A modernista szemléletet a kulturális és narratív szempontok bírálják felül.

A design fejlődésére tagadhatatlanul a számítógépes tervezés és gyártás hatott a legerősebben. A mai tervezőknek olyan formaalkotási eszközök (szoftverek) vannak a kezükben, amelyek felhasználói felülete végtelen variációra ad lehetőséget a hagyományos tervezési eszközök korlátozottsága nélkül. A CAD szoftverek segítségével a design nem csupán megtervezhető, a virtuális szimulációknak köszönhetően tesztelhető is, így a gyártók is bátrabban vágnak bele az új fejlesztésekbe. A kétdimenziós rajzon alapuló munkafolyamat hagyományos sorrendje megfordul, s a térbeli modell válik elsődlegessé, mely eddig általában az elgondolás helyességének ellenőrzésére szolgált.
A 3D nyomtatás az a folyamat, amelynek során térbeli digitális modellből fizikai háromdimenziós tárgyat állítunk elő. Az eljárás lényege a rétegről rétegre építkezés, vagyis minden egyes lépés során a modell egy-egy vízszintes szeletét állítja elő a nyomtató, amelyeket folyamatosan egymásra épít. Így nincs szükség öntőformákra vagy „zsaluzatokra”, mivel a következő réteg mindig egy, már megszilárdult alsóbb rétegre épül. Egy tárgy előállítása során nincs hulladék anyag, legalábbis lényegesen kevesebb, mint például a forgácsolás esetében, ahol a késztermék a tömbből megmaradó rész, így sok esetben a nyersanyag rendkívül nagy hányada hulladékként végzi.

És hogy miért is olyan nagyszerű a háromdimenziós nyomtatás? Elsődleges előnyként az egyedi gyárthatóságot említhetjük, olyan értelemben, hogy minden egyes kinyomtatott objektum különböző lehet, mivel nincsen szükség semmilyen egyéb gyártó szerszámra, ami növelné az előállítási időt és költségeket. Ahelyett, hogy a rendkívül drága ipari berendezésekhez az adott termék előállításához szükséges, szintén költséges kiegészítő szerszámokat kellene legyártani – hogy egyáltalán előállítható legyen a termék egyetlen példánya is – itt az előállítás egyetlen gép segítségével, egyetlen lépésben történik. A 3D nyomtató tehát olyan berendezés, ami leginkább egy kompakt méretű gyártósorhoz hasonlítható, amely képes egyedi tárgyakat előállítani.
További előnyként lehet megemlíteni, hogy nyomtatott objektumok, hézagmentesen egyszerre akár több anyagból is nyomtathatóak, így korábban csak több munkafázissal és csak több elemből összeállítható tárgyak váltak előállíthatóvá egyetlen lépésben. Ezeken túlmenően eddig egyáltalán nem előállítható struktúrák létrehozása vált elérhetővé. Például több irányba görbült, illetve zárt térbeli szerkezeteké, amely új utakat nyithatnak például a járműipar vagy az építészet területén.

A nyomatási folyamat jelenleg még lassúnak tűnhet, mivel egy focilabda méretű objektum kinyomtatása akár napokig is eltarthat (technológiától és minőségtől függően ez természetesen változhat), mégis ha csak a prototípus gyártást tekintjük, ugyanezen tárgy elkészítése hagyományos módszerekkel akár hónapokig is eltarthat.

A technológiai lehetőségeken túlmenően a háromdimenziós nyomtatás komoly kihatással lehet a világ jelenlegi gazdasági berendezkedésére is. Használati tárgyaink jelentős hányadát tőlünk hatalmas távolságokra készítik. A gyártók a ruhákat, használati tárgyakat, alkatrészeket számos esetben a Távol-Keleten gyártatják le, ennek oka elsődlegesen a nagyszámú, olcsó munkaerő. Ezen tagadhatatlan előnyökkel szemben viszont a készterméket még el kell juttatni a felhasználási helyekre, amelynek során jelentős költségek rakódnak rá a kész produktumra. Ez nyilvánvalóan csak nagy tömegű és számú árucikk esetében rentábilis, ezáltal egy globalizált, öngerjesztő tömegcikk kultúra alakult ki. A 3D-s nyomtatás ezzel szemben lehetővé teszi azt, hogy függetlenedve a nagy mennyiségekre berendezkedett gyáróriásoktól, képesek legyünk helyben előállítani használati cikkeinket. A gyártáshoz csupán egy nyomatóra és az általa használt nyersanyagra van szükség.

Érdekes jelenség a háromdimenziós nyomtatással kapcsolatban, a szerzői jogok, licencek kérdésköre. Mivel a nyomtatás során alapvetően digitális tartalmakat használunk fel, amelyek korlátlanul felhasználhatóak, sokszorozhatóak, illetve módosíthatóak, így a szerzői jogok védelme és létjogosultsága megkérdőjelezhetővé válik. A jelenség hasonlítható a zene- illetve filmiparban bekövetkezett változásokhoz. Sok zeneszerző már nem is próbálja meg eladni a művét hagyományos adathordozókon, azt szabadon hozzáférhetővé teszi a világhálón. A háromdimenziós nyomtatás a világháló segítségével, szintén a világ globális tudásbázisához kapcsolódik. A túlnyomórészt szabadon felhasználható tervek nem csupán kinyomtathatóak, hanem akár tökéletesíthetőek is. Azt tapasztalhatjuk, hogy az egyéni hasznot hajtó attitűdök lassan háttérbe szorulnak, helyet adva egy kollektív és szolidáris világnézet kialakulásának.

A 3D nyomtatás további előnye a személyre szabhatóságban rejlik. Mivel minden egyes „nyomat” egyedi lehet, ezért a produktum a felhasználó saját igényeihez szabható, szemben a sorozatgyártott termékekkel, ahol a felhasználó idomul a termékhez, és nem termék a felhasználóhoz. Ez a személyre szabhatóság nem új keletű dolog, az ipari forradalom előtt, a kézműves manufaktúrák idejében természetes dolognak számított. Jelenünkben ismét egyre nagyobb igény mutatkozik ezen egyedi elvárások kielégítésére, ezt mutatja a manufakturális és „kézműves” termékek iránti egyre növekvő kereslet. A háromdimenziós nyomtatás ezt a személyre szabhatóságot nyújtja „ipari” keretek között.

Manapság egyre több szó esik a fenntarthatóságról, a fenntartható fejlődésről. Minden új technológiát nélkülözhetetlen e szempontok szerint is megvizsgálnunk. A sokat hallott szlogen a „Gondolkodj globálisan, cselekedj lokálisan!” a fentiek tükrében akár a háromdimenziós nyomtatás reklámszövege is lehetne. A nyomtatás során helyi erőforrásokat használunk fel, ezzel minimálisra csökkentve a szállítási költségeket, illetve a szállítás okozta környezetkárosító hatásokat.

A korszerű termékfejlesztés megkerülhetetlen része az újrahasznosíthatóság kérdése is. Nem elég egy termék előállítását és használatát előre megtervezni, feleslegessé válása esetén annak intelligens újrahasznosítása is alapvető szempont. A háromdimenziós nyomtatás alapelve, amely szerint egységnyi és azonos minőségű elemekből (ez lehet nyomtató por, illetve nyomtató szál) építkezik, lehetővé teszi a folyamat recirkulációját, vagyis a kész termékek könnyen visszaalakíthatóak újra nyersanyaggá.

A fenntarthatóság másik alapvetése a gazdaságosság, melynek fontos része a gazdaságos anyag-, illetve energiafelhasználás. Mivel a tervek elkészítése digitálisan történik, így már a tervezés során minimálisra csökkenthető a szerkezetek anyagfelhasználása, köszönhetően a virtuális szimulációknak. A nyomtatási folyamat továbbá olyan struktúrák létrehozását is lehetővé teszi, amelyek ez idáig lehetetlenek voltak. Mivel az öntés, extrudálás és szubsztraktív eljárás során az anyag belső szerkezete többnyire homogén kell, hogy legyen, addig a nyomtatás során az anyag belső szerkezete is nagyobb mértékben megtervezhető és kontrollálható, ezzel növelve a szilárdságot és csökkentve az anyagfelhasználást.

A háromdimenziós nyomtatás mibenlétét vizsgálva érdekes párhuzamokra lelhetünk. Egy ilyen párhuzamra lettem figyelmes a kézművesség kapcsán is. A kézművesség hosszú múltra tekint vissza, így körülírása egyszerű. A termékeket a kézműves kézzel állítja elő, helyi anyagokból, helyi erőforrások felhasználásával. A produktumot képes a készítője egyedi igényekhez igazítani, a személyesség és a törődés átérződik a tárgyakon. A fentiek tükrében jól látszik a hasonlóság a 3D nyomtatással. A tervező személyesen tervezi meg a tárgyat, képes azt az egyedi igényekhez alakítani. Igaz a produktum nem kézi erővel ölt testet, hanem a gép segítségével, ami azonban helyben és helyi erőforrások használatával állítja elő a terméket. A tervezés viszont kvázi kézzel történik csupán a virtuális térben. A digitális technikák mára elérték azt a színvonalat, amely képes a hagyományos technikákkal egyenértékű művészi produktumot előállítani. Mindezek viszont nem jelentik azt, hogy a digitális technikák leváltanák a régieket, csupán arról szól, hogy a kép árnyalódik, a világ összetettebbé válik.

Mint láthatjuk a háromdimenziós nyomtatás még gyerekcipőben jár, keresi önmagát és helyét a világban, azonban ígéretes lehetőségekkel kecsegtet, amelyek azonban nem nélkülözik a kérdéseket és az árnyoldalakat sem. A technológia rohamléptekben fejlődik, így félő, hogy a hagyományos értékeket felülírja a tisztán technológiai szemlélet. Ennek a tendenciának már ma is tanúi lehetünk, gondoljunk csak arra, hogy az építészeti szempontokat egyre gyakrabban írják fölül gépészeti-technológiai szempontok. Véleményem szerint az építészek és művészek komplex látásmódja kell ahhoz, hogy a technológia vívmányaiból a korszakra reflektáló valós értékek keletkezzenek.

Kozák Barnabás
Breuer Marcell Doktori Iskola

Témavezető: Dr. Getto Tamás DLA

IRODALOMJEGYZÉK

Claire Warnier, Dries Verbruggen, Sven Ehmann, Robert Klanten. (2014) Printing Things
Berlin: Gestalten Kiadó
Marcus Fairs. (2007) Design a 21. században
Pécs: Alexandra Kiadó

„A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.”