3D istehsalat: Gələcəyin inqilabi texnologiyası

Addım-addım gələcəyə doğru: 3D çapın tarixi və inanılmaz tətbiqləri

3D çap texnologiyasının əsası 1980-ci illərdə ABŞ-da qoyulub. 1981-ci ildə isə yaponiyalı alim Hideo Kodama ilk dəfə qat-qat material əlavə edərək obyekt istehsal edən cihaz üçün patent müraciəti edib, o, fotopolimerdən istifadə edərək qatlarla obyekt istehsalı üsulunu inkişaf etdirib. Daha sonra 1984-cü ildə Amerikalı mühəndis Chuck Hull stereolitografi (SLA) texnologiyasını icad edib və bununla da 3D çap rəsmi olaraq formalaşıb.

Bu texnologiya ultrabənövşəyi işıqla fotopolimer qatlarını sərtləşdirərək obyektlər hazırlayırdı. Sözgedən texnologiyaya ilk patent 1986-cı ildə Charles Hull tərəfindən alınmış və bu texnologiya stereolitografiya (SLA) adlandırılır. Elə həmin il Chuck Hull 3D Systems adlı ilk 3D çap şirkətini təsis edir. Bu şirkət SLA texnologiyasına əsaslanan ilk 3D printeri istehsal edirdi.

Qeyd edək ki, haqqında söhbət açdığımız texnologiya materialın qat-qat sərtləşdirilərək obyektin yaradılmasına əsaslanır. 1990-cı illərdən etibarən bu texnologiya genişlənmiş, daha ucuz və istifadəsi asan modellər inkişaf etdirilmişdir. "Stratasys" şirkətinin qurucusu Scott Crump 1990-cı ildə ərimiş material qatlarını qat-qat əlavə edən FDM (Fused Deposition Modeling) texnologiyasını patentləşdirmişdir. 1992-ci ildə isə ilk SLA və FDM printerləri kommersiya bazarına çıxırlmışdır. Tibb sahəsində ilk böyük nailiyyət isə 1999-cu ildə əldə olunmuşdur. Belə ki, alimlər 3D çap texnologiyası ilə xəstənin hüceyrələrindən istifadə edərək süni sidik kisəsi hazırlayaraq tarixdə inanılmaz bir işə imza atmışlar. 2002-ci ilə gəldikə alimlər tam işlək süni böyrək hazırlamaq üçün 3D çapdan faydalanmışdılar.

Bu sahədə açıq mənbəli "RepRap" layihəsi isə 2005-ci ildə başlanıb. Bu layihə vasitəsilə insanlar özləri printerlər hazırlayıb materialları çap edə bildilər. Hazırda bu texnologiyadan tibbdə, aviasiyada, tikintidə, hətta modada istifadə edilə bilər. 3D printerlər vasitəsilə oyuncaqlar, aksesuarlar, idman ayaqqabıları, silahlar, maşınlar və hətta ürək kimi orqanlar da çap etmək mümkündür. Bu gün 3D printerlər metal, keramika və plastik əşyaların hazırlanmasında da istifadə olunur. Memarlar və dizaynerlər üçölçülü prototiplər və maketlər hazırlamaq üçün bu texnologiyadan yararlanırlar.

3D çap texnologiyasının tətbiq olunduğu sahələri və ölkələri aşağıdakı kimi qruplaşdırmaq olar:

1. Tikinti sahəsi - Bu sahədə Çin və BƏƏ qabaqcıl yerləri tutur və bu ölkələr 3D çapla böyük binalar inşa edir. Məsələn, 2014-cü ildə Şanxayda yerləşən WinSun şirkəti 3D printer vasitəsilə 24 saat ərzində 10 ev inşa etmişdir. Bu evlər təkrar emal edilmiş materiallardan hazırlanmış və hər birinin maliyyəti təxminən 5,000 dollara başa gəlmişdir.

2016-cı ildə Dubayda dünyanın ilk 3D çapla inşa edilmiş ofis binası istifadəyə verilmişdir. "Gələcəyin Ofisi" adlanan bu bina 17 gün ərzində inşa olunmuş və tikinti xərcləri ənənəvi metodlarla müqayisədə 50% azalmışdır.

2. Aviasiya sahəsi - ABŞ Hərbi Hava Qüvvələri F-16 təyyarələrinin bəzi hissələrini 3D çapla istehsal edir. Bu, hissələrin xərclərini və istehsalat müddətini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Lockheed Martin şirkəti F-35 qırıcı təyyarələrində 3D çap edilmiş komponentlərdən istifadə edir. Bu, təyyarənin çəkisini azaldaraq yanacaq sərfiyyatını minimuma endirir.

3. Tibb sahəsi - 3D çap texnologiyası tibbdə, xüsusilə protezlərin hazırlanmasında inqilabi dəyişikliklərə səbəb olub. Ənənəvi protezlərin istehsalı vaxt və maliyyət baxımından çətinliklər yaradırdı. Lakin 3D çap sayəsində fərdi anatomik xüsusiyyətlərə uyğun, daha dəqiq və rahat protezlər sürətlə və daha ucuz şəkildə istehsal olunur. Bu texnologiya həmçinin inkişaf etməkdə olan ölkələrdə protezlərə ehtiyacı olan insanlar üçün əlçatanlığı artırır. Təsadüfi deyil ki, ABŞ və Almaniyada 3D çapla süni orqanlar və protezlər hazırlanır. Tanzaniyada ucuz və sürətli protezlər 3D çap vasitəsilə ehtiyacı olan insanlara təqdim olunur. ABŞ sakinlərinin 54%-i hesab edir ki, 15 il sonra 3D çap texnologiyaları demək olar ki, bütün insan orqanlarının çapını reallığa çevirəcək dərəcədə təkmilləşdiriləcək. Maraqlıdır ki, 2020-ci ildə COVID-19 pandemiyası zamanı 3D çap texnologiyası ilə tibbi avadanlıqlar, maskalar və ventilyator hissələri tez bir zamanda istehsal edilib.

4. Müdafiə sənayesi sahəsi - Bu texnologiyadan silahların və sursatların istehsalı üçün geniş istifadə olunur. Hazırda bəzi ölkələrdə 3D çap texnologiyası ilə yüngül və aerodinamik dronlar hazırlanır. Məsələn, İngiltərənin Royal Navy donanması okean üzərində kəşfiyyat üçün 3D çap dronlarından istifadə edir. 3D çap vasitəsilə odlu silahlar istehsal etmək mümkündür. ABŞ-da “Defense Distributed” adlı təşkilat ilk 3D çap edilmiş tapança – Liberator istehsal etmişdir. 3D çap texnologiyası ilə fərdiləşdirilə bilən və modulyar hərbi silahlar da hazırlana bilir. Bu, əsgərlərin fərdi ehtiyaclarına uyğun silahları tez bir zamanda əldə etməsinə imkan yaradır. Bu gün 3D çap texnologiyası ilə yüksək dəqiqlikli raket hissələri hazırlana bilir. Məsələn, Raytheon şirkəti raketlərin mühərriklərini və hissələrini çap edir. 3D texnologiya ilə təlim məqsədilə istifadə olunan sursatlar daha ucuz və təhlükəsiz şəkildə hazırlanır. Bəzi ölkələrdə 3D çap texnologiyası ilə tank və zirehli avtomobillərin bəzi hissələri, o cümlədən yüngül zireh sistemləri istehsal olunur. Bu, nəqliyyat vasitələrinin çəkisini azaldaraq hərəkət qabiliyyətini artırır. Nümunə üçün qeyd edək ki, "BAE Systems" şirkəti tankların və döyüş maşınlarının bəzi kritik komponentlərini 3D printerlər vasitəsilə hazırlayır. Bu texnologiya bəzi ölkələrdə hərbi gəmiqayırma fəaliyyətində istifadə olunur. Məsələn, ABŞ Hərbi Dəniz Donanması 3D çap texnologiyası ilə ehtiyat hissələri istehsal edərək gəmilərdə təmir işlərini sürətləndirir. Belə ki, gəmilər üzərində 3D printerlər yerləşdirilərək təcili ehtiyat hissələri yerindəcə çap edilir.

5. Qida sahəsi - Hollandiyada 3D çapla şokolad və digər qidalar hazırlanır. Belə ki, Eindhovendə yerləşən "ByFlow" şirkəti 3D qida printerləri istehsal edir. Bu printerlər vasitəsilə şokolad, pendir, xəmir və digər qida maddələrindən müxtəlif formalı və mürəkkəb dizaynlı yeməklər hazırlamaq mümkündür. Bu texnologiya restoranlarda, qida sənayesində və hətta kosmik missiyalarda qida hazırlama prosesini yenidən formalaşdırır.

6. Günəş panelləri və külək turbinlərinin hazırlanması sahəsi -  Hazırda dünyada 3D printerlər vasitəsilə daha effektiv və ucuz günəş panelləri hazırlanır. Bu panellər günəş enerjisinin yığılma qabiliyyətini artırır və istehsalat xərclərini azaldır. Bu sahədə böyük nailiyyət qazanan ölkə təcrübələri də vardır. Məsələn, Avstraliya Elmi və Sənaye Tədqiqatlar Təşkilatı (CSIRO) 3D çap texnologiyası ilə çevik günəş panelləri hazırlayıb. Bu panellər binaların divarlarına və pəncərələrinə yerləşdirilə bilir. Eyni zamanda 3D texnologiyası vasitəsilə yüngül və daha dayanıqlı külək turbinləri hazırlanır. Bu, istehsal xərclərini azaldır və külək enerjisinin əlçatanlığını artırır. Məsələn, ABŞ-ın "General Electric" şirkəti külək turbinlərinin komponentlərini 3D printerlər vasitəsilə istehsal edərək daha yüngül və dayanıqlı materiallardan istifadə edir.

7. 3D texnologiyasının tətbiq olunduğu digər sahələr – 3D çap texnologiyası vasitəsilə yüksək tutumlu və çevik batareyalar hazırlanır. Bu batareyalar enerjini daha səmərəli saxlamaq və istifadə etmək üçün nəzərdə tutulur. Məsələn, Harvard Universiteti alimlərinin hazırladıqları mikro ölçülü 3D çap edilmiş lityum-ion batareyalar hazırda kiçik elektron cihazlarda istifadə olunur. 3D çap texnologiyası nüvə reaktorlarının hissələrinin istehsalında da istifadə olunur. Bu, hissələrin dəqiqliyini artırır və istehsalat prosesini sürətləndirir. Məsələn, ABŞ-ın Oak Ridge Milli Laboratoriyası 3D çapla nüvə reaktorlarının bəzi komponentlərini istehsal edərək xərcləri əhəmiyyətli dərəcədə azaldıb. Maraqlıdır ki, hidrogen yanacaq hüceyrələri 3D çap vasitəsilə daha effektiv və aşağı xərcli şəkildə istehsal olunur. Bu, bərpa olunan enerji mənbələrinin saxlanmasında mühüm rol oynayır. Məsələn, Almaniyanın Fraunhofer İnstitutu 3D çap texnologiyası ilə yüksək məhsuldar hidrogen yanacaq hüceyrələri hazırlamışdır.

Bu gün bəzi ölkələr 3D texnologiyası ilə su turbinlərinin komponentlərini belə istehsal edirlər. Bu, daha yüksək enerji hasilatı üçün turbinlərin səmərəliliyini artırır. Məsələn, İsveçin ABB şirkəti 3D çap texnologiyası ilə kiçik miqyaslı hidroenerji layihələri üçün innovativ turbinlər hazırlayıb. Hazırda NASA və Avropa Kosmik Agentliyi kosmik gəmilərdə enerji təmin etmək üçün belə 3D çap texnologiyasından istifadə edir. Təsadüfi deyil ki, NASA 3D çap edilmiş enerji mənbələri vasitəsilə Mars missiyaları üçün özünə yetərli sistemlər inkişaf etdirir.

Ümumilikdə götürdükdə 3D çap texnologiyasının bir sıra üstünlükləri vardır. Məsələn, hər şeydən əvvəl, bu üsul ekonomikdir. Materialın yalnız lazımi miqdarı istifadə edilir, tullantı minimal olur. 3D texnologiyası enerji sektorunda xərcləri azaltmaq, səmərəliliyi artırmaq və bərpa olunan enerji texnologiyalarını inkişaf etdirmək üçün əvəzolunmaz vasitəyə çevrilmişdir. Sözügedən texnologiya dəqiqliyi ilə fərqlənir. Belə ki, müxtəlif mürəkkəb formaları dəqiq şəkildə yarada bilir. Sürətli prototipləmə əlaməti olduğundan yeni məhsulların hazırlanması daha sürətli olur. Onun hər sahəyə adaptasiya olunma xüsusiyyətini də qeyd etmək lazımdır.

3D texnologiyasının çoxlu üstünlükləri ilə yanaşı, bəzi mənfi cəhətləri və riskləri də mövcuddur. Ən böyük qüsurlarından biri bəşəriyyətin təhlükəsizlik problemi ilə bağlıdır. Belə ki, bu texnololgiyadan istifadə edərək ölümcül silahlar hazırlana bilir, başqa sözlə, 3D printerlər vasitəsilə odlu silahlar və ya qanunsuz əşyalar istehsal etmək mümkündür. Bu isə təbii ki, hüquqi və təhlükəsizlik problemlərinə səbəb ola bilər.

Digər mənfi nəticələr törədən məsələ hakerlik fəaliyyəti ilə bağlıdır. Təəssüf ki, 3D çap faylları asanlıqla dəyişdirilə bilər. Hakerlər kritik sənaye hissələrini yanlış çap edərək sistemlərin pozulmasına səbəb ola bilərlər. Qüsurlu cəhətlərdən biri də müəlliflik hüquqları sahəsində meydana çıxa bilir. Belə ki, sözügedən texnologiyadan istifadə dizaynların qanunsuz surətlərinin hazırlanması müəllif hüquqlarını pozur və hüquqi mübahisələrə gətirib çıxarır.

Bundan başqa, 3D printerlərin istifadə etdiyi materiallar (plastik, metal, bio-maddələr) məhduddur və bəzi materialların yüksək keyfiyyətli alternativləri yoxdur. Bəzi printerlər yalnız spesifik materiallarla işləyə bilir. 3D texnologiyası ilə bağlı bir xoşagəlməz məqam da vardır. Böyük həcmli obyektlərin çapı çox vaxt tələb edir və böyük miqyaslı istehsalat üçün hələ ki, effektiv deyil. Halbuki Slseriyalı istehsalat üçün ənənəvi metodlar daha sürətli və qənaətlidir. Aşağı səviyyəli printerlərdə çap edilən obyektlərin keyfiyyəti çox vaxt zəif olur. Dəqiq və yüksək keyfiyyət üçün isə bahalı printerlər tələb olunur. 3D texnologiyasının tətbiqi zamanı istifadə edilən bəzi plastik materiallar təkrar emal edilə bilmir və tullantıların artmasına səbəb olur. İstehsalat prosesində enerji sərfiyyatı yüksək ola bilər.

Bu texnologiyanın tətbiqi tibbi və etik problemlər də yarada bilir. Belə ki, insan toxumaları və orqanlarının çapı zamanı etik suallar ortaya çıxır. Texnologiyanın tibbi sahədə yanlış və ya təhlükəli istifadəsi insan həyatı üçün risklər yarada bilər.

Beləliklə, qüsur və çatışmazlıqları gün keçdikcə aradan qaldırılmağa çalışılan 3D texnologiyasının tətbiqi sayəsində yaxın gələcəkdə böyük inqilabi nailiyyətlər əldə olunacağı şübhəsizdir.