Wystarczyło ściągnąć z sieci odpowiedni schemat, zaopatrzyć się w zapas polimerowego tuszu i już. Amerykański inżynier i rusznikarz amator Michael Guslick wydrukował sobie karabin AR-15. W tym celu wykorzystał trójwymiarową drukarkę, którą można kupić w internecie. Tylko kilka elementów musiał wykonać oddzielnie, z metalu, ale już niebawem i tę barierę uda się pokonać. Trwają prace nad drukarkami, potrafiącymi odlewać przedmioty metalowe.

Tę metodę wytwarzania części standardowo stosuje się już w przemyśle lotniczym. Wykorzystuje się ją m.in. przy produkcji Boeingów 787 DreamLiner. General Electric planuje użycie jej do wytwarzania niektórych komponentów silników odrzutowych. Jedną z zalet drukarek 3D jest oszczędność materiałów. Dotąd, tworząc jakiś przedmiot metodą skrawania, usuwano z dużego kawałka niepotrzebny materiał – podobnie jak robi to rzeźbiarz wykuwający w kamieniu swoją wizję. Oprócz finalnego produktu powstają przy tym ogromne ilości odpadów. Druk 3D, zamiast na usuwaniu, polega na dodawaniu warstw materiału, np. metalowego proszku czy polimerów, i łączeniu ich promieniem lasera czy strumieniem elektronów.

Dodatkowo, kiedy trzeba wykonać jedynie kilka części danego rodzaju, typowa linia produkcyjna, przeznaczona do produkcji tysięcy sztuk tego samego przedmiotu, okazuje się całkowicie nieopłacalna. A w przypadku druku 3D wydrukować można tylko jeden egzemplarz, praktycznie bez wzrostu kosztów.

Projektant ma przy tym pełną kontrolę nad skomplikowanym kształtem przedmiotu. Dokładność w obecnie stosowanych urządzeniach sięga mikronów (tysięcznych części milimetra), a niebawem będzie jeszcze większa. Uczeni z Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu opracowali sposób na szybki druk z precyzją nanometrową. Wykorzystana przez nich technika nosi nazwę litografii dwufotonowej. Płynna żywica utwardzana jest w niej promieniem lasera, ale tylko jeśli jej cząstki pochłoną dwa fotony jednocześnie. Takie zjawisko zachodzi wyłącznie w środku laserowej wiązki, co jest źródłem perfekcyjnej dokładności.

Aby zademonstrować osiąganą w ten sposób precyzję, austriaccy badacze wydrukowali m.in. model wiedeńskiej katedry św. Szczepana długości poniżej 0,1 mm. W instytucie powstaje też biokompatybilna żywica, która będzie stanowiła materiał na drukowane rusztowania do hodowanych ludzkich tkanek.

 

Produkcja zastępczych elementów ludzkiego ciała to kolejne, intensywnie badane zastosowanie dla trójwymiarowego druku. Dzięki niemu w nowy sposób można otrzymać precyzyjnie ukształtowane implanty. Przydatność drukarek 3D w medycynie świetnie ilustruje przykład 83-letniej Belgijki, której z powodu infekcji usunięto kość dolnej szczęki. Zastąpiono ją wydrukowanym wszczepem, w którym kolejne warstwy tytanowego proszku łączone były promieniem lasera. Na zewnątrz nałożono dobrze tolerowany przez organizm ceramiczny materiał. Precyzyjny wydruk pozwolił na idealne zaplanowanie kształtu sztucznej kości i precyzyjne umiejscowienie takich elementów jak otwory do zaczepu mięśni czy rowki kierujące wzrostem naczyń krwionośnych i włókien nerwowych. Implant przyjął się znakomicie.

– Zaraz po wybudzeniu z narkozy pacjentka wypowiedziała kilka słów. Na drugi dzień mogła normalnie mówić i przełykać – opowiadał dziennikarzom dr Jules Pouken, który kierował operacją. Jedynym minusem jest trochę większa waga nowej szczęki, ale lekarze zapewniają, że jej właścicielka bardzo szybko się do niej przyzwyczai.

Drukarki 3D mogą też pomóc w regeneracji własnych tkanek organizmu. Badacze z Washington State University zmodyfikowali przystosowane do druku części urządzenia ProMetal 3D w taki sposób, że wytwarza ono rozpuszczalne rusztowanie dla komórek kości. Wszczepiony w ubytek materiał jest kolonizowany przez komórki gospodarza, a w miarę jak rośnie nowa kość, rusztowanie znika. Odnawiający kość implant jest przy tym wykonany dokładnie na miarę. Komputerowy wzór dla drukarki powstaje bowiem z wykonanego wcześniej tomograficznego zdjęcia uszkodzonej kości. Dotychczas przeprowadzono badania na szczurach i królikach. Wyniki są obiecujące. Już po tygodniu wszczepiona struktura pokryta była nowymi komórkami.

Trwają też badania nad drukowaniem całych narządów. W ubiegłym roku, w czasie skupiającej najświetniejsze umysły nauki i techniki konferencji TED (Technology, Entertainment and Design) profesor Anthony Atala z Wake Forest Institute for Regenerative Medicine wydrukował nerkę. W trakcie wystąpienia, w którym mówił o laboratoryjnej hodowli narządów, w tle pracowała trójwymiarowa drukarka. W pewnym momencie uczony pokazał gotowy narząd, mówiąc: „Oto nerka, którą wydrukowaliśmy wcześniej”. Była to tylko uproszczona forma, bez biologicznej funkcji. Badacz widzi jednak przyszłość regeneracyjnej medycyny właśnie w tej technologii. Narządy mają być drukowane z komórek zawieszonych w biokompatybilnym żelu. Wzór narządu będzie powstawał na podstawie badań tomografii komputerowej, dzięki czemu będzie idealnie dopasowany do pacjenta. Wykorzystanie komórek pochodzących z jego organizmu wyeliminuje natomiast problem odrzucenia wydrukowanego narządu.

Jednym z wyzwań, przed którymi stanęli drukujący narządy uczeni, jest otrzymywanie naczyń krwionośnych. Badaczom z australijskich firm Inventech oraz Organowo udało się już wydrukować duże arterie, a zespół z niemieckiego Fraunhofer Institute znalazł sposób na wydrukowanie znacznie trudniejszych do otrzymania mikroskopijnych włośniczek.

 

Dobrobyt dla wszystkich

W międzyczasie powstają coraz ciekawsze propozycje dla przeciętnego użytkownika. Najnowsza aplikacja firmy Autodesk, znanej z inżynierskiego oprogramowania Auto CAD, pozwala na łatwe stworzenie trójwymiarowego cyfrowego modelu niemal dowolnego obiektu. Wystarczy wykonać kilka fotografii z różnych stron, a program przetworzy je w model dla drukarki. Można go później wysłać do jednej z firm, które oferują niedrogie wydruki 3D. W przypadku prostszych kształtów możemy skorzystać z domowego rozwiązania, jakim jest np. polska drukarka o nazwie Rap-Craft. Wytworzenie modelu samochodu, wieży Eiffla czy podstawki pod jajko nie będzie dla niej kłopotem.

Specjaliści od trójwymiarowego druku jego pierwsze domowe zastosowanie widzą w kuchni. Wystarczy przecież odpowiednia pasta, zawiesina czy proszek, aby tworzyć dania o kształcie, smaku i wyglądzie, jaki podpowie wyobraźnia. Odpowiednie urządzenie już niedługo pojawi się na rynku. Drukarka nowojorskiej firmy Essential Dynamics ma kosztować tysiąc dolarów i drukować wymyślne posiłki ze spożywczych zawiesin w kartridżach. Proste aplikacje będą pełniły role przepisów, mówiąc drukarce, jaki składnik, gdzie i w jakiej ilości ma się znaleźć.

To jednak nie koniec możliwych zastosowań domowych drukarek. W pięcioletnim projekcie, na który amerykańska National Science Foundation wyłożyła 10 milionów dolarów, badacze z Massachusetts Institute of Technology (MIT), University of Pennsylvania i Harvard University zamierzają opracować urządzenia, materiały i oprogramowanie, które umożliwią domową produkcję spersonalizowanych robotów. Badacze chcą, aby każdy mógł w ciągu kilku godzin wydrukować robota do konkretnych czynności, np. sprzątającego. Gotowe wzory będą do kupienia w specjalnym sklepie, a łatwy w obsłudze interfejs umożliwi dopasowanie projektu do własnych potrzeb. – Naszym celem jest opracowanie technologii pozwalającej każdemu na wytwarzanie własnych robotów – mówi kierująca badaniami prof. Daniela Rus.

Aby zrealizować ten plan, potrzebne jednak będą nowe materiały, które pozwolą na druk elektronicznych podzespołów (wydrukowane na próbę przez zespół z MIT dwa proste roboty musiały mieć niestety wbudowane układy, których jeszcze wydrukować się nie da). Ta przeszkoda wkrótce przestanie istnieć. Są już dostępne sposoby na wydruk elektronicznych złączy, a nowe rodzaje polimerów mają umożliwić tworzenie miękkich, plastikowych układów elektronicznych, również drukowanych. Polimery zmieniające kształt pod wpływem prądu mogłyby stanowić podstawę układów napędowych. Jeśli badane m.in. w Berkeley University materiały zostaną wystarczająco dopracowane, istnieje spora szansa na to, że będziemy mogli wydrukować sobie nie tylko robota, ale np. nowy telefon komórkowy. Wszystko, co będziemy musieli zrobić, to kupić w sieci odpowiedni schemat.

 

Leki, broń i narkotyki

A może by tak wydrukować sobie leki? Na taki pomysł wpadł prof. Lee Cronin z University of Glasgow. Jego zespół opracował już system, który z pomocą przerobionej drukarki za 2 tys. dolarów przeprowadza chemiczne reakcje według zadanego planu. Wynalazek tworzy też same naczynia laboratoryjne, które niekiedy muszą działać jak katalizatory. Według badacza każdy będzie mógł w prosty sposób wyprodukować w domu złożone substancje dotychczas zarezerwowane tylko dla laboratoriów chemicznych. Dzięki temu nie będzie kłopotem otrzymanie leku, którego firmy farmaceutyczne nie produkują np. ze względu na zbyt małą liczbę pacjentów. Wystarczy drukarka, standardowy zestaw chemicznych kartridży i elektroniczny przepis. – W przyszłości możemy zobaczyć drukarki 3D, które w domach staną się fabrykami różnych rzeczy, w tym leków – opowiadał w jednym wywiadów prof. Cronin.

W obliczu tego drukarkowego dobrobytu pojawiają się też problemy. Rusznikarski projekt Michaela Guslicka nie był zbytnio zaawansowany technologicznie, ale wprawił w zakłopotanie prawników i specjalistów od bezpieczeństwa. Co, jeśli każdy będzie dysponował technologią, umożliwiającą wydruk karabinu, na dodatek z trudnych do wykrycia materiałów? Kontrola dostępności cyfrowych schematów może okazać się znacznie trudniejsza od zapanowania nad przepływem rzeczywistej broni. Podobnie wygląda sprawa domowych chemików. Uczeni z Glasgow przekonują, że udostępniane przepisy będą odporne na modyfikacje, pozwalające np. na produkcję narkotyków. Nie należy jednak nie doceniać hakerów, również tych przyszłych, cyfrowo-chemicznych. Powstaje też pytanie, jak rozwój nowego przemysłu wpłynie na światową gospodarkę. Pamiętajmy jednak o jasnej stronie zagadnienia: na naszych oczach rzeczywistością stają się dziecięce fantazje o maszynkach, które za naciśnięciem guzika mogą wyprodukować niemal wszystko.