چاپ سه بعدی خانگی

تصویر: بسیاری از اقلام دارای برچسب "ساخت چین" می توانند روی میز کار مردم ساخته شوند. kynny / iStock از طریق گتی ایماژ

از آن جا که COVID-19 در زنجیره های عرضه جهانی ویرانی ایجاد می کند، روند نزدیک شدن تولید به مشتریان می تواند تا آن جا باشد که کارخانه های تولید مینیاتوری را در اتاق نشیمن مردم قرار دهد.

اکثر محصولات در خانه های آمریکایی ها دارای برچسب "ساخت چین" هستند ، اما حتی آنهایی که عبارت "ساخت آمریکا" را دارند اغلب از چین قطعاتی دارند که اکنون تأمین آنها اغلب به تأخیر می افتد. ویروس کرونا آن قدر کارخانه ها را در چین تعطیل کرد که ناسا اکنون می تواند کاهش ناشی از آلودگی هوا را از فضا را مشاهده کند و یافتن برخی محصولات سخت تر می شود.

تصویر: نمونه ای از هزاران مورد قابل چاپ سه بعدی از طرح های رایگان. جوشوا پیرس ، CC BY-ND

اما در عین حال، طرح های دیجیتالی منبع آزاد و آزاد در دسترس برای ساخت میلیون ها مورد با چاپگرهای سه بعدی وجود دارد و تعداد آنها همان طور که علاقه به طراحی سخت افزار باز در دانشگاه رو به پیشرفت است، به طور چشم گیری در حال رشد است. چاپ سه بعدی فلزی و سرامیکی در حال حاضر در دسترس است و به سرعت در حال گسترش است، از ایمپلنت های پزشکی گران قیمت و از موتورهای موشکی گرفته تا بهبود محصولات ساده فله ای با براکت های چاپ سه بعدی با هزینه های کم. برخی از طرح های منبع باز قبلاً برای ساخت سخت افزارهای پزشکی برای کمک به غلبه بر همه گیری به اشتراک گذاشته شده اند، مانند محافظ های صورت، ماسک ها و ونتیلاتورها. طراحی رایگان محصولات دیجیتال بسیار فراتر از سخت افزارهای مربوط به همه گیری است.

هزینه چاپگرهای سه بعدی آن قدر پایین آمده است که در دسترس اکثر آمریکایی ها قرار دارد. افراد می توانند طیف قابل توجهی از محصولات را در خانه بار گیری، سفارشی سازی و چاپ کنند و در نهایت هزینه آنها کمتر از خرید آنها است.

از نمونه سازی سریع گرفته تا کارخانه خانگی

تا چندی پیش، تفکر رایج در صنعت این بود که کم هزینه ترین روش تولید، تولید بزرگ و انبوه در کشورهایی مانند چین که دستمزد کارگر در آنها پایین است می باشد. در آن زمان، در اوایل سال 2000، تنها 500 شرکت خوش اقبال و ثروتمند و دانشگاه های بزرگ تحقیقاتی به چاپگرهای سه بعدی دسترسی داشتند. این ماشین ها ابزارهایی عظیم و گران قیمت بودند که برای نمونه سازی سریع قطعات و محصولات مورد استفاده قرار می گرفتند.

بیش از یک دهه پیش، حق ثبت اختراع در اولین نوع چاپ سه بعدی منقضی شد و یک پروفسور در انگلیس ایده جالبی را برای ساخت چاپگر سه بعدی مطرح کرد که چاپگر می توانست خودش چاپ کند. او پروژه RepRap را شروع کرد – که کوتاه شده self-replicating rapid prototyper به معنی سازنده نمونه اولیه سریع به روش خود تکثیری است - و طرح های دارای مجوزهای منبع باز را در وب منتشر کرد. ایجاد اختلال در زنجیره های تأمین جهانی ناشی از قرنطینه های سخت، امکان تأمین سفارشات در خانه و سایر اقدامات فاصله اجتماعی در کشورهای صنعتی در سراسر جهان فرصتی برای تولید توزیع شده برای تأمین نیازهای برآورده نشده است. این طرح ها مانند آتش سوزی گسترده ای گسترش یافت و به سرعت توسط هزاران مهندس و علاقه مند در سراسر جهان هک شد و بهبود یافت.

بسیاری از این سازندگان، شرکت های خود را برای تولید انواع این چاپگرهای سه بعدی تأسیس کردند و اکنون مردم می توانند یک چاپگر سه بعدی را با قیمت 250 تا 550 دلار خریداری کنند. چاپگرهای سه بعدی امروز، روبات های تولید کننده به روش افزودنی تمام عیاری هستند که محصولات را یک باره می سازند. تولید افزودنی در بسیاری از صنایع نفوذ کرده است.

تصویر: چاپگرهای سه بعدی طرح های دیجیتالی را به اسباب بازی، وسایل خانه و حتی تجهیزات پزشکی تبدیل می کنند..Monty Rakusen / Cultura از طریق گتی ایماژ

من و همکارانم روندهای روشنی را مشاهده کرده ایم که این فناوری از طریق آنها با اخلال عمده در زنجیره های ارزش جهانی مقابله می کند. به طور کلی، شرکت ها از استفاده از چاپ سه بعدی برای نمونه سازی، به پذیرش آن برای تولید محصولات مورد نیاز داخلی خود روی آورده اند. آنها همچنین از چاپ سه بعدی برای نزدیک کردن تولید به مشتریان خود استفاده می کنند، که این امر نیاز به موجودی کالا و حمل و نقل را کاهش می دهد. برخی از مشتریان چاپگرهایی سه بعدی را خریداری کرده اند و محصولات را برای خودشان درست می کنند.

این روند کوچکی نیست. آمازون اکنون فیلامان های چاپ سه بعدی، ماده اولیه چاپگرهای سه بعدی، را تحت عنوان " اصول اولیه آمازون"، همراه با باتری و حوله لیست می کند. به طور کلی، مردم هنگام چاپ یک محصول در خانه 90 تا 99 درصد از قیمت تجاری را پس انداز می کنند. به طور کلی، مردم هنگام چاپ یک محصول در خانه 90 تا 99 درصد از قیمت تجاری را پس انداز می کنند.

ویروس کرونا روند را تسریع می کند

ما انتظار داشتیم که به دلیل لزوم توزیع هر چه بیشتر محصولات چاپ سه بعدی توسط افراد بیشتر، گسترش چاپ سه بعدی و حرکت به سمت تولید به این روش روندی آهسته باشد. اما این قبل از آن بود که با گسترش ویروس کرونا خطر واقعی در دسترس نبودن محصولات وجود داشته باشد.

تصویر: دولت ایالات متحده آمریکا در حال بررسی مجموعه ای از طرح های چاپ سه بعدی برای تجهیزات پزشکی شخصی است. دکتر. بث ریپلی، شبکه چاپ سه بعدی VHA

مثال خوبی از تقاضای شدید محصولات چاپی سه بعدی، تجهیزات حفاظت شخصی (PPE) است. انستیتوی ملی سلامت تبادل چاپ سه بعدی، که یک انبار طراحی نسبتاً کوچک است، با وفور طراحی های جدید PPE در حال انفجار است.

در حال حاضر، به دلیل تأثیر جهانی ویروس کرونا، 94٪  از هزار شرکت ثروتمند، در زنجیره تأمین خود دچار اختلال شده اند، و مشاغل وابسته به منابع جهانی با گزینه های سختی رو به رو هستند.

ارزش کالاهای صنعتی همچنان در حال کاهش است، زیرا ویروس کرونا باعث توقف تولیدکنندگان و قرنطینه شدن مشتریان بالقوه، به دلیل رکود عمده در تقاضا شده است. با این حساب دسترسی مردم به محصولات ضمن افزایش هزینه هایشان محدود می شود.

ایجاد اختلال در زنجیره های تأمین جهانی ناشی از قرنطینه های سخت، امکان تأمین سفارشات در خانه و سایر اقدامات فاصله اجتماعی در کشورهای صنعتی در سراسر جهان فرصتی برای تولید توزیع شده برای تأمین نیازهای برآورده نشده است. به نظر می رسد بسیاری از افراد، در کوتاه مدت و میان مدت، برخی از محصولات را غیر قابل دسترس یا بیش از حد گران بدانند.

در بسیاری از موارد، آنها قادر خواهند بود محصولات مورد نیاز خود را (در صورت دسترسی به چاپگر) بسازند. تحقیقات ما در مورد زنجیره های ارزش جهانی نشان داد که چاپ سه بعدی با پلاستیک بسیار پیشرفته است، از این رو هر محصولی با تعداد قابل توجهی از اجزای پلیمر، حتی اگر قطعات انعطاف پذیر باشند، می تواند به صورت سه بعدی چاپ شود.

فراتر از پلاستیک

ساخت اسباب بازی های کاربردی و محصولات خانگی در خانه حتی برای مبتدیان نیز آسان است. کمک های تطبیقی ​​برای بیماران آرتروز و سایر محصولات پزشکی و وسایل ورزشی مانند اسکیت بورد نیز وجود دارد.

چاپ سه بعدی فلزی و سرامیکی در حال حاضر در دسترس است و به سرعت در حال گسترش است، از ایمپلنت های پزشکی گران قیمت و از موتورهای موشکی گرفته تا بهبود محصولات ساده فله ای با براکت های چاپ سه بعدی با هزینه های کم. وسایل الکترونیکی قابل چاپ، دارو سازی و اقلام بزرگتر مانند مبلمان در دسترس قرار می گیرند یا در آینده ای نزدیک عرضه می شوند. این چاپگرهای سه بعدی پیشرفته تر می توانند روند تولید توزیع شده را تسریع کنند، حتی اگر صرفاً در خانه مردم قرار نگیرند.

برخی از موانع، به ویژه برای چاپ سه بعدی مصرفی وجود دارد. فیلامان چاپ سه بعدی خود در زنجیره های تامین جهانی دچار اختلال شده است، اگر چه فناوری بازیافت از دور ریز به مردم امکان می دهد فیلامان را از پلاستیک زباله ایجاد کنند. برخی از پرینترهای سه بعدی فلزی هنوز گران هستند و پودرهای ظریف فلزی که بسیاری از مردم از آنها به عنوان ماده اولیه استفاده می کنند در صورت استنشاق به طور بالقوه خطرناک است، اما اکنون چاپگرهای فلزی 1200 دلاری وجود دارد که از سیم جوش قابل دسترس تری استفاده می کنند. ویروس کرونا آن قدر کارخانه ها را در چین تعطیل کرد که ناسا اکنون می تواند کاهش ناشی از آلودگی هوا را از فضا را مشاهده کند و یافتن برخی محصولات سخت تر می شود. این چاپگرهای جدید و همچنین چاپگرهایی که می توانند چندین ماده را به کار گیرند، هنوز هم به توسعه نیاز دارند و تا چاپ همه محصولات و اجزای سازنده آنها در خانه فاصله زیادی وجود دارد. به تراشه های رایانه ای فکر کنید.

وقتی من و همکارانم در ابتدا زمان عرضه محصولات برای تولید توزیع شده را مورد بررسی قرار دادیم، ما فقط به اقتصاد توجه داشتیم. اگر ویروس کرونا زنجیره تأمین را به هم بزند و تجارت بین المللی را مختل کند، تقاضا برای محصولات غیر قابل دسترس یا پر هزینه می تواند انتقال به تولید توزیع شده تمام محصولات را تسریع کند.

 
منبع: جوشوا ام پیرس، Michigan Technological University