Μια πραγματική επανάσταση στη βιομηχανία αλλά και στην καθημερινότητα υπόσχονται οι νέες Τεχνολογίες Προσθετικής Κατασκευής, πιο γνωστή εκ των οποίων είναι η τρισδιάστατη εκτύπωση.

Πρόσφατα μεταφράσθηκε στα ελληνικά και εκδόθηκε το πρώτο βιβλίο που παρουσιάζει αναλυτικά τις εξελίξεις στο νέο αυτό τεχνολογικό πεδίο, ενώ παράλληλα στις ΗΠΑ εκδόθηκε ένα άλλο βιβλίο-ορόσημο από τους Αμερικανούς πρωτεργάτες της νέας τεχνολογίας.

Το βιβλίο «Τεχνολογίες Προσθετικής Κατασκευής: Τρισδιάστατη εκτύπωση, ταχεία πρωτοτυποποίηση και άμεση ψηφιακή κατασκευή» των Ιan Gibson, David Rosen και Brent Stucker, που είχε εκδοθεί διεθνώς το 2015, εκδόθηκε και στη χώρα μας από τις εκδόσεις Κριτική. Την επιμέλεια και μετάφραση των 456 σελίδων έκαναν οι Βασίλης Δεδούσης και Γιάννης Γιαννατσής.

Το βιβλίο αποτελεί ένα από τα πιο εμπεριστατωμένα συγγράμματα στο συγκεκριμένο πεδίο, παρουσιάζοντας μια γενική θεώρηση των βασικών αρχών και εννοιών, καθώς και μια σε βάθος ανάλυση των επιμέρους τεχνολογιών, καθώς και των αναπτυσσόμενων εφαρμογών, όπως είναι η παραγωγή σε μικρο-κλίμακα, οι ιατρικές εφαρμογές, η κατασκευή κομματιών για αεροδιαστημικές εφαρμογές και η ταχεία παραγωγή τελικών προϊόντων και εργαλείων (Rapid Manufacturing/Tooling).

Το βιβλίο παρέχει επίσης μια επισκόπηση των υποστηρικτικών τεχνολογιών, όπως τα σχετικά συστήματα λογισμικού, καθώς επίσης οι δευτερεύουσες μέθοδοι αναπαραγωγής (χύτευση εν κενώ, χύτευση ακριβείας) και τελειοποίησης των κομματιών (επιμετάλλωση, λείανση).

O Ian Gibson είναι καθηγητής βιομηχανικού σχεδιασμού στο Πανεπιστήμιο Deakin στην Αυστραλία, ο David Rosen είναι καθηγητής στη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Τζόρτζια (Georgia Tech) στην Ατλάντα των ΗΠΑ, ενώ ο Brent Stucker είναι συνιδρυτής-διευθύνων σύμβουλος της εταιρείας 3DSIM LLC και καθηγητής βιομηχανικού σχεδιασμού στο Πανεπιστήμιο της Λούισβιλ στο Κεντάκι.

Τι είναι η Προσθετική Κατασκευή

Αποτελώντας το νεότερο μέλος στην οικογένεια των κατασκευαστικών τεχνολογιών, η προσθετική κατασκευή (Additive Manufacturing) ή τρισδιάστατη εκτύπωση (3D Printing), όπως είναι ευρύτερα γνωστή, ενσωματώνει τον χαρακτήρα και τη φιλοσοφία των σχεδιαστικών και κατασκευαστικών τεχνολογιών με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD/CAM – Computer-Aided Design/Manufacturing), καθώς απαιτεί την ύπαρξη ενός ψηφιακού μοντέλου με βάση το οποίο κατασκευάζεται το τελικό προϊόν.

«Προσθετική κατασκευή» είναι o καθιερωμένος πλέον όρος αυτού που τα προηγούμενα χρόνια αποκαλείτο «ταχεία πρωτοτοτυποποίηση» (Rapid Prototyping – RP) και σήμερα είναι γνωστή στο ευρύ κοινό ως τρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing).

Το βασικό χαρακτηριστικό της προσθετικής τεχνολογίας είναι ότι ένα μοντέλο που αρχικά δημιουργείται με τη χρησιμοποίηση ενός τρισδιάστατου συστήματος Computer-Aided Design (3D-CAD), μπορεί πια να κατασκευαστεί απευθείας, χωρίς να απαιτείται προηγουμένως ο προγραμματισμός της διαδικασίας παραγωγής του.

Η προσθετική κατασκευή απλοποιεί σε σημαντικό βαθμό τη διαδικασία κατασκευής τρισδιάστατων αντικειμένων απευθείας από ψηφιακά δεδομένα CAD. Το κάθε κομμάτι δημιουργείται με τη διαδοχική πρόσθεση υλικού σε στρώσεις. Όλες οι σύγχρονες μηχανές προσθετικής κατασκευής που διατίθενται στην αγορά, στηρίζονται σε αυτή τη στρωματική προσέγγιση, ενώ διαφέρουν ως προς το υλικό που μπορούν να χρησιμοποιήσουν, καθώς και στον τρόπο με τον οποίο δημιουργούνται και συγκολλιούνται μεταξύ τους οι στρώσεις.

Άλλοι όροι που έχουν χρησιμοποιηθεί για την ίδια ουσιαστικά τεχνολογία, είναι αυτοματοποιημένη κατασκευή (Automated Fabrication – Autofab), κατασκευή ελεύθερης μορφής ή κατασκευή ελεύθερης μορφής στερεού (FreeformFabrication or Solid Freeform Fabrication), στρωματική κατασκευή (Layer-Based Manufacturing), στερεολιθογραφία ή 3D εκτύπωση (Stereolithography or 3D Printing)

Ωστόσο, όπως επισημαίνεται και στο βιβλίο, οι περισσότεροι από τους απασχολούμενους επαγγελματικά στον αντίστοιχο κλάδο προτιμούν τον όρο «manufacturing» αντί του «fabrication», θέλοντας να αποφύγουν τον ελαφρώς αρνητικό συνειρμό του «fabrication», ότι δηλαδή το κατασκευαζόμενο κομμάτι είναι κάποιο «πρωτότυπο» και όχι το τελικό αντικείμενο. Έτσι η χρήση του όρου «προσθετική κατασκευή» «Additive Manufacturing» κερδίζει συνεχώς έδαφος.

Ο όρος τρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing) έχει ευρέως προωθηθεί από ερευνητές του Πανεπιστημίου ΜΙΤ των ΗΠΑ, όπου και επινοήθηκε η συγκεκριμένη τεχνολογία, η οποία στηρίζεται σε αρχή παρόμοια με εκείνη των εκτυπωτών ψεκασμού μελάνης (ink-jet). Πολλοί θεωρούν ότι ο όρος «τριδιάστατη εκτύπωση» θα επικρατήσει τελικά για την περιγραφή των τεχνολογιών της προσθετικής κατασκευής, καθώς έχει προτιμηθεί διεθνώς από τα μέσα ενημέρωσης, με αποτέλεσμα το ευρύ κοινό να γνωρίζει καλύτερα τον όρο 3D εκτύπωση παρά προσθετική κατασκευή.

Σε κάθε περίπτωση, η νέα τεχνολογία έχει ήδη φέρει επανάσταση στην ανάπτυξη και στην παραγωγή προϊόντων – και το μέλλον είναι δικό της. Κάποιοι αναλυτές εκτιμούν μάλιστα ότι η παραγωγή προϊόντων, όπως τη γνωρίζουμε σήμερα, σταδιακά θα πάψει να υπάρχει και θα αντικατασταθεί από παραλλαγές των τεχνολογιών προσθετικής κατασκευής. Η νέα βιομηχανική επανάσταση, σύμφωνα με τους συγγραφείς του βιβλίου, θα επιφέρει αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο σχεδιάζουμε τα προϊόντα, αλλά και ιδρύουμε επιχειρήσεις.

Τα βασικά πλεονεκτήματά της είναι αφενός η μεγάλη επιτάχυνση τής όλης διαδικασίας ανάπτυξης ενός προϊόντος (κάτι που οφείλεται στο ότι χρησιμοποιούνται υπολογιστές από την αρχή μέχρι το τέλος), αφετέρου η μείωση των σταδίων της παραγωγικής διαδικασίας. Άσχετα με την πολυπλοκότητα του κομματιού που πρόκειται να κατασκευαστεί, η κατασκευή στη μηχανή προσθετικής κατασκευής πραγματοποιείται σε ένα και μοναδικό βήμα. Οι περισσότερες από τις άλλες κατασκευαστικές διεργασίες θα απαιτούσαν την εκτέλεση πολλαπλών και επαναληπτικών βημάτων.

Όπως τονίζεται στο βιβλίο, η κατεργασία με το χέρι και άλλες ανάλογες τεχνικές είναι ανιαρές, επίπονες και συνοδεύονται από λάθη. Η τεχνική της χύτευσης είναι δύσκολη και μπορεί να δημιουργεί πολλά απορρίμματα, ενώ απαιτεί την κατασκευή ενός ή περισσοτέρων καλουπιών. Η κατεργασία με εργαλειομηχανές απαιτεί λεπτομερή και προσεκτικό προγραμματισμό, καθώς και μια προσέγγιση διαδοχικών σταδίων.