Univerza v Ljubljani Pedagoška fakulteta

Novodobni tiskalniki

Kaja Kosmač

Seminarska naloga pri predmetu Didaktika tehnike s seminarjem I

Mentor: dr. Janez Jamšek, doc.

Ljubljana, 2011

Povzetek Seminarska naloga je namenjena osnovnošolskim učiteljem tehnike in tehnologije, ter vsem ki jih zanimajo prihajajoče novosti v tehnologiji. Zajema zgodovino tiskalnikov ter njihove znane začetnike opisani so tudi postopki začetne izdelave izdelka, ki so se skozi čas zelo hitro nadgrajevali in izpopolnjevali vse do sedanje brizgalne tehnologije 3D tiskanja, ki pa je še vedno v razvoju. V zadnjem času se strokovnjaki veliko ukvarjajo z bio 3D tiskalnikom, ki nam bo kmalu lahko natiskal tudi človeške organe. Medtem ko pa tiskalnike za tiskanje kosti uporabljajo v medicini tudi že v Sloveniji. V nadaljevanju sledi tudi natančnost natisnjenih 3D modelov ter njihova odstopanja. .

Kazalo 1 Uvod........................................................................................................................................ 4 2 Navezava na učni načrt......................................................................................................... 4 3 Pregled obstoječega gradiva................................................................................................. 4 4 Zgodovina tiskalnikov........................................................................................................... 4 

4.1 Tehnologije tiskanja ......................................................................................................... 4 4.1.1 Stereolitografija SLA ............................................................................................................................. 5 4.1.2 Selektivno lasersko sintranje SLS .......................................................................................................... 5 4.1.3 Laminar object manufacture LOM......................................................................................................... 6 4.1.4 Fusium deposition modeling FDM......................................................................................................... 7 4.1.5 Solid ground curing SGC ....................................................................................................................... 8 4.1.6 Brizgalna tehnologija 3DP .................................................................................................................... 9 

5 3D skeniranje ...................................................................................................................... 10 5.1 Stereoskopija .................................................................................................................. 11 5.2 DSSP Tehnologija .......................................................................................................... 11 5.3 3D koordinatne meritve.................................................................................................. 11 5.5 Kompenzacija pronicanja............................................................................................... 12 

6 3D tiskalniki ......................................................................................................................... 12 6.1 Resolucija ....................................................................................................................... 12 6.2 Postopek 3D tiska v računalniškem programu CAD ..................................................... 13 6.3 Lasersko tiskanje človeških nadomestnih organov ........................................................ 13 6.4 Organsko tiskanje........................................................................................................... 14 

7 Sklep ..................................................................................................................................... 14 8 Literatura............................................................................................................................. 14 8 Priloge................................................................................................................................... 15 

8.1 Učni list .......................................................................................................................... 15 

1 Uvod S pomočjo klasičnih namiznih tiskalnikov si vsakdo lahko natisne besedilo ali sliko. Delovanje 2D tiskalnika je znan že dolgo, vse bolj pa se uveljavljajo ustvarjanje v treh dimenzijah. Tehnologija je namenjena umetniškim kot tudi v poslovnim vodam, tako je tudi nastala tehnologija, ki objekte iz binarnega zapisa spravi v fizično obliko. Ker se tehnologija se zelo hitro razvija, bodo kmalu mesta, kjer imamo klasične namizne računalnike zamenjala naprava, ki nam bo v kratkem času namesto lista papirja stiskala kar cel predmet. Tako se ne bo potrebno ozirati na delovne čase trgovin, proizvodenj…pač pa bomo kar sami lahko v računalniškem programu oblikovali 3D model po svoji želji s točno takimi podrobnosti, kot si jih bomo zaželeli. Nato program razdeli model na stotine digitalnih presekov, ki jih po plasteh pošilja v tiskalnik. Tako si bomo kaj kmalu lahko sami natisnili večerjo, kak objekt, predmet,… V naših rokah je samo oblikovanje 3D modela v CAD programu ter nakupovanje osnovnega material, za ostalo pa poskrbi tiskalnik. 2 Navezava na učni načrt Temo seminarske naloge o novodobnih tiskalnikih lahko obravnavamo v 7. in/ali 8. razredu pri predmetu Tehnika in tehnologija. Umetne snovi učenci spoznajo v sedmem razredu, te pa so osnovni materiali za določene postopke izdelave. Tako bi lahko primerjali umetne snovi po lastnostih trdnosti, prožnosti,… V osmem razredu učence seznanimo s programom CAD. S tem pridobijo znanje o namenu vhodnih in izhodnih funkcij naprav ter primerjajo računalniško krmiljenje naprav. V osmem razredu učenci spoznajo orodja stroje in naprave, tako bi jim lahko predstavili tridimenzionalni tiskalnik jih seznanili z njegovim delovanjem [1]. 3 Pregled obstoječega gradiva O tehnologijah tiskanja kot so sterolitografija, selektivno lasersko sintranje, tiskanje v treh dimenzijah in izdelave modelov je opisano v [2-5]. O prihajajoči tehnologiji tiskanja organov oziroma že današnje tiskanje kosti in tkiv pa v literaturi [6, 7]. 4 Zgodovina tiskalnikov Začetnik je bil profesor strojništva, Herbert Voelcker, ki je v poznih 60. letih razvijal sistem, kako bi s pomočjo vodenih obdelovalnih strojev izdelali nek predmet. Iskal je način, kako bi izhodne podatke iz CAD datoteke lahko uporabil za programiranje teh strojev. S pomočjo sredstev iz Nacionalnega znanstvenega sklada (NSF) je najprej razvil osnovna orodja, ki so opisovala tridimenzionalna telesa. Na podlagi tega je nastala prva teorija in algoritmi za modeliranje trdnih teles. V 70. letih je nadgradil način izdelave izdelkov, vendar pa so se še nekaj časa posluževali z izdelavo iz 60. letih. Obdelovalni stroj, ki ga je vodil računalnik je postopoma odrezoval velik kos materiala (npr. železa) dokler ni ostala le še želene oblika. Leta 1987 pa mu je Carl Deckard (profesor teksaške univerze) nadgradil oz. prenovil nastajanje izdelka. Namesto Voelcklerjevega obrezovanja materiala pa je predstavil boljšo idejo in sicer polaganje plasti na plast. Njegova zamisel je temeljila na tem, da plast za plastjo kovinskega kovinskega prahu spoji v trdne prototipe s pomočjo laserske svetlobe. S to inovativno idejo, si je Deckard prislužil nagrado in sicer štipendijo iz Nacionalnega znanstvenega sklada, kar mu je kasneje omogočalo nadaljnjo raziskovanje. Tudi z naslednjim raziskovanjem selektivnega laserskega sintranja (SLS) je v poznih 80. letih prislužil svoji ekipi nagrado NSF-ja. Tako sta bila Voelcker in Deckard osebi, zaradi katerih je nastala nova vrsta industrije – oblikovanje nepravilnih oblik oz. hitro prototipiranje. Ta je korenito spremenila oblikovanje in proizvodnjo izdelkov. Tako lahko inženir s pomočjo računalnika in programa za oblikovanje zmodelira želen predmet. CAD program mu omogoča veliko lažje popravljanje napak. Ko zaključi z zunanjim izgledom, ga samo še natisne [4].

4.1 Tehnologije tiskanja Tako kot se hitro spreminja ostala tehnologija se nadgrajujejo tudi tehnologije tiskanja. Med tehnologije tiskanja spadajo stereolitografija (SLA), selektivno lasersko sintranje (SLS), Laminar object manufacture (LOM),

fuzijaska izdelava modelov (Fusium deposition modeling FDM) in Solid ground curing (SGC). V nadaljevanju so opisani postopki posamezne tehnologije tiskanja.

4.1.1 Stereolitografija SLA Pri tej vrsti tehnologije gre za strjevanj na svetlobo občutljive tekoče plastike. Tekoča plastika se nahaja v koritu, kjer po plasteh nastaja želeni izdelek. S pomočjo računalnika usmerimo laserski žarek, ki povzroča strjevanje tekočine na osvetljenem delu. Ko je prva plast končana se osnova nekoliko spusti, površino zapolni tekočina in postopek nadaljujemo, dokler ne izdelamo zadnje plasti izdelka. Debelina plasti se giblje med 0,1 do 0,2 mm, njeno strjevanje pa traja do 2 minuti. Koliko časa pa potrebujemo za izdelavo želenega izdelka pa je odvisno od njegove velikosti. Povprečno traja izdelava med šestimi in dvanajstimi urami. Za večjo trdoto pa izdelek po končani fazi izdelave prestavimo v ultravijolično pečico. Ker pa so prehodi med plastmi precej izrazite, lahko izdelek še dodatno obdelamo z brušenjem ali barvanjem. Na sliki 4.1 je prikazan potek tiskanja s SLA tehnologijo.

Slika 4.1: Postopek tiskanja SLA tehnologije [11].

4.1.2 Selektivno lasersko sintranje SLS

SLS tehnologija je nadgradila tehnologije SLA z širšim spektrom materialov v obliki prahu. Gre za toplotno obdelavo, kjer laserski žarek stali prah. Prah je pred začetkom izdelave segret nad temperaturo tališča. Prah se nahaja v dveh ločenih posodah. Slika 4.2 nam prikazuje sestavne dele tiskalnika. Transportni mehanizem prenese prah na delovno površino in jo stali (ta je namreč del objekta). Delovna površina se spusti za debelino ene plasti in proces se tako ponovi iz druge smeri. Postopek ponavljamo, dokler model ni izdelan. Proces izdelave poteka v nadzorovanem okolju, da prepreči oksidacijo materiala.

Izdelek izdelan s to vrsto tehnologije je veliko bolj porozen (luknjičast), ker se delci prahu povežejo med seboj zaradi delnega in nepopolnega taljenja materiala.

5

Slika 4.2:Izdelava izdelkov s tehnologijo SLS [11]. Prah namesto tekočine prehaja iz ene posode preko delovne površine v drugo posodo.

4.1.3 Laminar object manufacture LOM

LOM tehnologija pa ponuja še več različnih materialov za izdelavo izdelka v primerjavi z ostalima navedenima tehnologijama (plastika, papir, kovina). Objekt je sestavljen iz posameznih plasti, njihova debelina pa je odvisna od materiala in moči laserja. Bolj kot je material tanek manjšo moč laserja potrebujemo, da iz površine izrežemo posamezne plasti.

Napravo sestavljajo pole materiala, ki ga mehanizem premika po delovni površini. Na spodnji strani plasti pa je naneseno lepilo z namenom lepljenja plasti med seboj. Laserski žarek izreže plast materiala, delovna površina se spusti za debelino materiala, nato pa začne z novimi plastmi. S tem, ko naprava stisne plasti zagotovi, da se plasti med seboj zlepijo. Postopek ponavljamo dokler izdelek ni končan. Za lažjo predstavo si sestavne dele lahko ogledamo na sliki 4.3.

6

.

Slika 4.3: sestavni deli naprave za LOM tehnologijo [11].

4.1.4 Fusium deposition modeling FDM

Je predhodnica tehnologije brizganja. Pri tehnologiji FDM se material zaradi temperature stali. Šoba nanaša tanko plast na delovno površino, ta se premakne navzdol in proces se zopet ponavlja do končnega izdelka. S pomočjo te tehnologije, ki vključuje laser lahko izdelamo izdelek z različnimi materiali. Prostor, kjer poteka izdelava izdelka se imenuje komora in je segreta na temperaturo malo pod tališčem materiala, ker pomaga taljenje v šobi. Medtem ko pa sta delovna površina in objekt ohlajena, to pa povzroča hitrejše strjevanje in zmanjša čas izdelave izdelka. Prikaz izdelave izdelka s poimenovanimi sestavnimi deli si lahko ogledamo na sliki 4.4.

7

Slika 4.4: Prikaz izdelave izdelka s FDM tehnologijo [11].

4.1.5 Solid ground curing SGC Po materialu, ki je občutljiv na svetlobo je podobna SLA tehnologiji, vendar pa jo v hitrosti prekaša. S smolo, ki je občutljiva na svetlobo poškropijo delovno ploščo. Za vsako plast v naslednjem koraku naredijo masko in jo namestijo na delovno površino. Na odprtinah te mase se smola stopi, medtem ko pa UV luč smolo strdi. Preostalo smolo posesajo, luknje pa zapolnijo z voskom, da dobijo oporo za naslednjo plast. Preden nanesejo naslednjo plast, pa poteka brušenje. Izdelovanje izdelka s tehnologijo SGC nam prikazuje slika 4.5

8

Slika 4.5: Potek izdelovanje modela s SGC tehnologijo [11].

4.1.6 Brizgalna tehnologija 3DP 3D tiskalnik proizvaja proces tiskanja izdelkov v več plasteh. Glavno pri 3D tiskanju je distribuiranje oziroma tiskanje tekočega vpenjalnika na ohlapna celulozna vlakna, njihova tehnologija pa deluje po principu vbrizgu črnila. Do izraza pride strjevanje snovi oz. osnovnega materiala praha po plasteh. Elementi ene plasti so ustvarjeni in kombinirani s spodaj ležečo plastjo. Odvečen prah se tako ohranja v delovnem okolju in podpira model tiskanja. Po tiskanju pa mora biti model premazan s smolo, da dobi določeno trdnost. Princip tiskanja v plasteh je prikazan na sliki 5.1 (a). Osnovni elementi 3D tiskalnika so: krmilni sistem z rezervoarjem oz. prostorom za prah, tiskalnega ventila, valja in tiskalne glave. Za tiskanje ene plasti moramo upoštevati naslednje korake:

1. Valj in tiskalna glava se pomikata iz leve proti desni. Valj se obrne v nasprotno smer gibanja. To privede do razširjanja prahu preko vgrajenega ventila (Slika 5.1 (b)).

2. Valj in tiskalne glave se pomikajo iz desne proti levi. Aktualna plast je natiskana s tiskalnimi glavami (Slika 5.1 (c)).

valj tiskalna glava

9

krmilni ventil vgrajeni ventil (a)

(b)

(c) (d)

Slika 5.1: Predstavitev osnovnih komponent 3D tiskalnika in principa delovanja tiskalnika. (a) Najbolj pomembne komponente 3D-tiskalnika: valj, tiskalna glava, krmilni ventil in vgrajeni ventil; (b) rotacijski valj se pomika iz leve proti desni in nosi prašne delce v delovno področje; (c) tiskalna glava se pomika iz desne proti levi in tiska plast; (d) krmilni ventil bo zvišan, vgrajeni ventil pa znižan [12].

3. Krmilni ventil je zvišan in vgrajeni ventil rahlo znižan 1 (d)). Zelo pomembno pri izdelavi modelov je natančnost mehanizma. Natančnost pomičnih delov ali anatomskih modelov je zahtevana v obsegu desetine milimetra. Natančnost mehanizma tiskalnikov pa je odvisna od različnih faktorjev. Ti faktorji so:

• uporabljen materiala; • nominalne dimenzije; • usmerjenost izdelka 3D tiskalnika; • geometrijske funkcije in njihove topologije, npr. odprte ali zaprte izolinije predvidenega; • debelina stene – ogrodje, trdnost; • nameščenih procedur delovanja; in • vezivnega sredstva

Natančnost procesnih parametrov 3D tiskalnikov je bila že preučena z uporabo posebne koordinate in radia dela izdelka (Dimitrov e tal., 2006., b). Nadaljnje raziskave so povezane s porabo vpenjalnika in tiskalno stopnjo (Yao in Tseng, 2002). Nato so preiskovali tudi višino posameznih delov v treh različnih položaljih delovnega okolja. V nadaljevanju je opisana primernost 3D tiskalnikov za proizvajanje delov natančnosti pod 0,1 mm. Proučena je bila še zlasti zmožnost kalibracije tiskalnika. 5 3D skeniranje Vse kar človek zaznava z očmi vidimo v treh dimenzijah. Ker pa se tehnologija zelo hitro razvija, so prišli na idejo, da bi s pomočjo lahko računalniškega stroja uprizorili 3D objekt na ravno ploskev. Najsodobnejše tridimenzionalne tehnologije se zelo hitro širijo na področja človekovega delovanja, ustvarjanja in

10

komuniciranja. Tako so na voljo že 3D filmi, 3D fotoaparati, 3D kamerami, 3D tiskalniki, 3D miške, 3D skenerji in tudi 3D mobilniki. Tehnologija se nenehno izboljšuje in postaja dostopnejša tudi širši javnosti. 3D tehnologija želi posnemati, kako delujejo naši možgani. Ker imamo ljudje dve očesi, čeprav ti dve očesi gledata v isto smer (stereoskopski pogled), pa vidi vsako oko svoj svet. To pa se zgodi zaradi nekaj centimetrskega razmaka razmika med očesoma. Nato pa imajo glavno nalogo naši možgani, ki ti dve prejeti sliki, ki se ne razlikujeta veliko združita v eno in tako si svet lažje in bolje predstavljamo. To pomeni, da naši možgani pretvorijo ti dve sliki v 3D učinek. [5]

5.1 Stereoskopija Stereoskopija (in 3-D tehnika) je tehnika obdelave, ki uporabniku omogoča ogled navidez tridimenzionalne slike. Deluje tako, da ob uporabi posebnih očal pri slikah, posnetih pod rahlo različnim zornim kotom, ustvari iluzijo tridimenzionalnosti. 3D tehnologijo delimo na programsko opremo, mednje spadajo 3D modelirniki in 3D grafični programi, in na strojno opremo-to so 3D tiskalniki in 3D skenerji. Glavni razlog za uvedbo teh je izboljšana komunikacija med subjekti in vizualno predstavo o nekem objektu oziroma procesu. [3]

5.2 DSSP Tehnologija DSSP ali Digital Shape Sampling and Processing je tehnologija v kateri digitalno digitalno zajamemo fizični objekt s pomočjo katerega ustvarimo 3D model. Ta model vsebuje potrebne podatke za kasnejše oblikovanje. DSSP ima številne prednosti. Med njimi izpostavimo zelo hitro zajame kompleksne organske oblike v veliko število točk in obdelava podatkov do želene poligonizirane površine.

Kadar je za nadaljnjo obdelavo, pripravo proizvodnje in analize potrebno izdelati računalniški model CAD na osnovi obstoječega izdelka, uporabljamo postopek rekonstrukcijskega inženirstva. Z optičnim sistemom je možno v zelo kratkem času izmeriti veliko število točk na površini predmeta, ki ga je potrebno rekonstruirati. Takšen merilni rezultat omogoča zelo natančno in hitro računalniško rekonstrukcijo oblik s čimer se bistveno zmanjša čas razvoja in poveča kakovost izdelka. Rezultat meritev je oblak točk (tudi do nekaj miljonov) oziroma poligonizirana površina izdelka.

5.3 3D koordinatne meritve

Optične 3D koordinatne meritve uporabljamo kot klasične trikoordinatne merilne naprave. Predmet najprej snemamo s kamero visoke ločljivosti, zato da lahko natančno določi 3D koordinate izbranih točk. To nam omogočajo določevati položaj točk, razdalje med točkami in ustvariti črto, krog, valj, ravnino…

3D optične meritve uporabljamo za merjenje proizvodov, pri katerih ne moremo uporabljati običajnih merilnih metod, merjenje profilov žic, cevi v 3D oblikah, nadzor delov pločevin, merjenje prirezovalnih robov 2D pločevinastih izdelkov.

Slike naj bodo oštevilčene s tekočim številčenjem za vsako poglavje posebej z zaporedno številko od 1 naprej. Vsaka mora imeti naslov, iz katerega mora biti razvidno, kaj slika predstavlja. Na koncu naslova slike je neveden vir, če niso rezultat lastnega dela (viri so združeni z literaturo). V primeru reprodukcije je potrebno pridobiti soglasje avtorja. V besedilo morajo biti slike vstavljene tam, kjer so navedene. Če se nikjer ne sklicujete na slike, le te niso potrebne v besedilu (razmislite o prilogi). Besedilo v slikah je manjše kot ostalo besedilo. Slike se oštevilčijo posebej s predponami: Slika 1.1: Naslov slike [vir]. Vire podajte pod literaturo. Primer pravilno opremljene slike je prikazan na sliki 4.1. [3]

11

5.5 Kompenzacija pronicanja Za usmerjenost nastavitev parametrov je bila uporabljena »kompenzacija pronicanja« tiskalnikove programske opreme. Ko uporabimo standardne parametre nastavitev, bodo izolinije predvidenega nenatančne (Slika 5.2(a)). To naredi tiskani del preveč debel. Stopnja do katere del postane predebel je odvisna od orientacije delovnega področja. Tiskalna programska oprema ponuja možnost nastavitve parametrov za vsako smer posebej. S točnimi nastavitvami je lahko izolinija predvidenega znotraj mej (Slika 5.2(b)). Pri testiranju velikosti tiskanih delov, so ugotovili da se le ta razlikuje od navedenih podatkov. Odstopanja so bila med 0,3 in 0,4 mm. To je bil razloga, da so se začeli bolj podrobno ukvarjati z velikostjo natisnjenih izdelkov. Izvedli so dva eksperimenta. Natisnili so kvadrat z definiranim robom 10 mm. S prvim eksperimentom so želeli pokazati, kolikšna so odstopanja v dolžini robu končnega izdelka v primerjavi z začetno definirano dolžino. Medtem, ko pa v drugem eksperimentu prikazujejo odvisnost majhne sekcije izdelka od položaja in smeri. [3] V eksperimentih so uporabljali model Spectrum Z510 in prašne delce ZP130. Natisnjeni kvadrati so bili izmerjeni s kljunastim merilom. Glede na podatke proizvajalca so določili, da lahko kljunasto merilo odstopa največ 0,02mm.

(a) (b)

Slika 5.2: Shematski prikaz kompenzacijskega pronicanja. (a) Brez kompenzacije pronicanja so bile kaplje vpenjalnika natiskane izven strukturnih mej; Koliko kapljic je natisnjenih izven strukturnih mej je odvisno od smeri; (b) s kompenzacijo pronicanja kaplje vpenjalnika niso bile natisnjene izven strukturnih mej [12]. 6 3D tiskalniki Tiskalnik je sestavljen podobno kot klasični namizni tiskalnik. Za nanos barve in veziva skrbijo štiri inkjet glave. Poleg glav imamo na drsniku še valj, ki skrbi, da se prah prenese iz polnega pladnja na pladen, kjer izdelek nastaja ter skrbi za enakomeren nanos po celotni površini.

6.1 Resolucija Resolucija tiskanja je 600 x 540 dpi pri 24 bitni globini. Na vodoravno ploskev natisne visoko kvaliteto medtem ko pa pri navpični smeri lahko zaznamo manjše deformacije zaradi slojevitega nanašanja prahu. Tiskalnik lahko natisne modele do velikosti 254 x 356 x 203 mm. Za to, da pa lahko uporabljamo 3d tiskalnike tudi za predmete večjih velikosti pa ta večji predmet brez težav razdelimo na več manjših delov. Te dele kasneje sestavimo v celoto. Debelina plasti se giblje med 0.089 in 0.203 mm.

12

6.2 Postopek 3D tiska v računalniškem programu CAD V CAD programski opremi naredimo 3D model želenega izdelka. Izdelku določimo mere, oblikujemo določeno obliko. Nato naredi mrežo, ki obdaja prostornino 3D predmeta, ki si jo lahko ogledamo na sliki 6.1.

Slika 6.1: CAD naredi mrežo izdelka [13] V naslednjem koraku razdeli 3D model na rezine in sicer na stotine digitalnih presekov. Predmet navidezno razrezan si lahko ogledamo na sliki 6.2. Za tem pa pošilja v tiskalnik podatke po rezinah.

Slika 6.2: CAD navidezno razreže 3D model na plasti [13] 3D tiskalnik tiska plast za plastjo. Ko je ena plast dokončana nadaljuje z naslednjo in postopek ponavlja dokler model ni dokončno izdelan. Potek cikla tiskanja v tiskalniku : Ko na tiskalniku pritisnemo gumb 3D print, se tiskalnik segreje in napolni komoro z osnovnim materialom in po potrebi samodejno nastavi glavo tiskalnika.Nato tiskalnik začne ustvarjati model tako, da posamezno odlaga plasti prahu. Kartuša se premika po vsej plasti in odlaga vezivo oziroma črnilo-če gre za barvni model, po vzorcu iz prve rezine. Koraki se ponavljajo, dokler izdelek ni popoln. Po vsaki plasti se bat znižuje in pripravi podlago za naslednjo plast. Krog se nadaljuje do popolnosti izdelka. Ko je izdelek končan, gre v čistilno komoro, kjer odstrani ves odvečen prah in ga shrani za ponovno uporabo. [13] 7 Bio 3D tiskalnik Znanstveniki so se že lotili zelo inovativne izdelave nadomestnih delov za človeško telo. Njihovo delo je bilo zelo težko, saj je naše telo najbolj zapleten stroj, kar jih obstaja. S pomočjo laserske naprave že izdelujejo lobanjske in druge kostne vsadke in jih po izdelavi nevrokiturgi vsadijo. Gre za edino tehnologijo, ki samostojno naredi končni izdelek. Stroj vsebuje pladenj, na katerem razporedi praškasti material, najpogostejši je poliamid, katerega s pomočjo laserja talimo. Najprej na računalniku narišejo trirazsežni model in ga za tem navidezno razrežejo na desetinko milimetra debele sloje. Te podatke računalnik pošlje v napravo po slojih. Tako v eni uri naprava naredi centimeter visok končni izdelek. Ideja o tiskanju organov – ledvice, se je pojavila že pred leti, vendar pa jim idejo še ni uspelo uresničiti. Čeprav se tudi medicinska znanost hitro širi in napreduje so zelo napredovali o uporabi izvornih celic. Poskusne organe že izdelujejo miškam. [7]

13

7.1 Tiskanje organov Tiskanje organov je biomedicinska varianta prototipne tehnologije in temelji na osnovi tekočega tkiva. Računalniško tiskanje naravnih materialov (celic) poteka plast za plastjo, dokler ne dobimo 3D modela. Nedavni poizkusi izdelave konkretnega sintetičnega materiala s pomočjo hitre prototipne tehnologije so pokazali, da je slabost v nezmožni postavitvi celic ali celičnega agregata v tiskan material. Vendar verjamemo, da se bo to še izpopolnilo. 3D tehnologija na področju organskega tiskanja deluje na osnovi uporabljanja plasti za plastjo odstavitve celic in/ali celičnih agregatov v 3D gel in z zaporedno maturacijo tiskanega konstrukta v vaskulizirano živo tkivo ali organ. Definicija organskega tiskanja vsebuje veliko različnih tiskalnih dizajnov in komponent z odstavitvenim procesom (npr. tiskalniki na izbrizg, celični dispenzorji, različni tipi 3D hidro gelov in različni tipi celic). Proces organskega tiskanja poteka v treh korakih. Prvi je predprocesiranje, drugi je procesiranje in zadnji je končno procesiranje. Predprocesiranje se sooča z razvojem računalniško-asistiranega dizajna (CAD) ali namena specifičnega organa. Dizajn je lahko izpeljan iz digitaliziranih rekonstrukcij podob živega organa oz. tkiva. Podatki so prav tako lahko izpeljani iz različnih modulov, vključno z neinvazivnim skeniranjem človeškega telesa ali podrobnim 3D rekonstruiranjem množičnih sekcij specifičnih organov. Drugi način za dizajniranje tkiva temelji na matematičnem modeliranju z uporabo teoretičnih principov, pravil, ali zakonov nanašajočih na prostorsko organizacijo. Eden izmed najbolj impresivnih nedavnih primerov te tehnologije je tako imenovana 'prisilna konstruirana optimizacija' (CCO), ki so jo razvili Karch et al. Procesiranje se navadno nanaša na aktualno računalniško-asistirano tiskanje ali nastanitev celic ali celičnih agregatov plast za plastjo v 3D okolje z uporabo CAD ali načrtov. Za konec, končno procesiranje je zaskrbljujoče s perfuzijo tiskanih organov in njihovega biomehaničnega klimatiziranja do obeh, direktne in pospešene organske maturacije. [6] 8 Sklep Tehnologija 3D tiskanja se mi zdi zelo zanimiva, vendar pa v njen vidim tudi nekatere slabosti. Ker so 3D tiskalniki stroji, ki praktično izdelek izdela sam, potrebuje le nekoga za izdelavo 3D modela v CADu, tukaj predstavlja slabost za proizvodnjo, saj delavcev ne bodo več potrebovali. Medtem ko učenci v osnovnih šolah osnovnih orodij za izdelavo ne bodo več poznali, pozitivno pri tem pa je, da bodo učenci pridobili boljšo prostorsko predstavo, ker bodo morali narisati želeni 3D model v računalniškem programu. 9 Literatura [1] A. Praprotnik in ostali, Učni načrt – Tehnika in tehnologija (Ljubljana, Ministrstvo za šolstvo znanost in šport, Zavod RS za šolstvo, 2002). [2] 3D tehnologija izdelovanja [http://www.mojmikro.si/geekfest/moram_imeti/od_rezanja_do_brizganja]. [3] S .Stopp, Brizganje v treh razsežnostih, 2008 [http://www.emeraldinsight.com/journals.htm?articleid=1728099]. [4] Zgodovina 3D tiskanja [http://www.3dprint.si/si/3d-print/history_of_3d_print.php]. [5] Uporaba 3D tehnologij v razvoju novih izdelkov [http://www.3dt.si/pdf/Strokovni_clanki/P52%20-%20Antlej%20Kaja%20-%20IB-PROCADD%20-%20zl.pdf]. [6] Organ printing [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167779903000337%C2%A0]. [7] bio 3D tiskanje [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961208004171]. [8] 3D tiskanje [http://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing]. [9] 3D tiskanje [http://sites.google.com/site/3dtiskanje2011/G]. [10] Uporaba 3D tehnologij v razvoju novih izdelkov [http://www.3dt.si/pdf/Strokovni_clanki/P52%20-%20Antlej%20Kaja%20-%20IB-PROCADD%20-%20zl.pdf]. [11] SLA tehnologija [http://www.mojmikro.si/geekfest/moram_imeti/od_rezanja_do_brizganja]. [12] T. Wolff, Nove metode 3D tiskanja program,2008 [www.emeraldinsight.com/journals.htm?articleid.]. [13] Proces 3D tiskanja [http://zcorp.fileburst.com/downloads/3DP1/player.html].

14

10 Priloge

10.1 Učni list

1. Katere so najbolj pomembne komponente 3D tiskalnika?

2. Ali lahko s 3D tiskalnikom natisnemo zelo velike izdelke?

a.) da b.) ne c.) da, če jih lahko ločimo na več manjših sestavnih delov d.) da, saj obstajaj tudi zelo veliki 3D tiskalniki

3. Naštej vsaj 4 vrste tehnologij 3D tiska!

4. Katera je najpomembnejša novost na področju 3D tiskanja?

15

10.1 Rešen učni list

1.Katere so najbolj pomembne komponente 3D tiskalnika? Valj, tiskalna glava,krmilni in vgrajeni ventil

2.Ali lahko s 3D tiskalnikom natisnemo zelo velike izdelke?

e.) da f.) ne g.) da, če jih lahko ločimo na več manjših sestavnih delov h.) da, saj obstajaj tudi zelo veliki 3D tiskalniki

3.Naštej vsaj 4 vrste tehnologij 3D tiska!

Stereolitografija SLA, Selektivno lasersko sintranje SLS, Laminar object manufacture LOM, fusium deposition modeling FDM, solid ground curing SGC, brizgalna tehnologija 3DP.

4.Katera je najpomembnejša novost na področju 3D tiskanja? Bio 3D tiskalnik.

16