प्रोटोटाईपसाठी त्रिमिती छपाई अर्थात 3D प्रिंटिंग

https://maitri2012.wordpress.com/2021/06/02/%E0%A4%A7%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A4%AF%E0%A5%8B%E0%A4%A6%E0%A5%8D%E0%A4%A7%E0%A4%BE/

 

नवीन तंत्रज्ञान 

 

 

अवधूत ढमढेरे
सल्लागार, शीतल वायरलेस टेक्नॉलॉजी प्रा.लि.

जसे आहे तसे चित्रित करून जतन करणारी प्रकाशचित्रकला ( फोटोग्राफी ) सुमारे १७५ वर्षापूर्वी जन्माला आली आणि आता ती जगाच्या कानाकोपऱ्यात जाऊन पोहोचली आहे. छपाईचा इतिहास तर अनेक शतके आधीपासूनच सुरू झालेला आहे. द्विमिती ( टू डायमेन्शन ) चित्रण आणि छपाईचे तंत्र अधिकाधिक प्रगत होत गेले. मनुष्याची नवनवीन तंत्रे शोधण्याची उर्मी कायमच आहे आणि त्यातूनच आता आपल्याला त्रिमिती ( थ्री डायमेन्शन ) चित्रण आणि मुद्रण हे नवीन तंत्रज्ञान उदयाला आल्याचे दिसते.

त्रिमिती छपाई (3D प्रिंटिंग) हे तंत्र कलेबरोबरच उत्पादन क्षेत्रातही क्रांतिकारी बदल घडवून आणेल, असे भाकीत वर्तवले जात आहे. लेखात आपण याच तंत्राविषयी जाणून घेणार आहोत.

नेहमीच्या छपाईमध्ये कागदावर शाईचा हव्या त्या आकाराचा आणि जाडीचा थर दिला जातो. कागदावर कुठे, किती शाई गेली पाहिजे हे आताच्या तंत्रज्ञानामुळे संगणकाच्या प्रणालीतर्फे निश्चित केले जाते आणि आपल्याला हवे ते, हवे तसे छापून मिळते. त्रिमिती छपाई तंत्रामध्ये हेच काम एकावर दुसरा असे अनेक थर देऊन केले जाते. यामुळे तयार होणारी ’प्रिंट’ म्हणजे चक्क एक वस्तूच असते. त्यामुळेच याला बेरजेचे उत्पादन तंत्र ( ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग ) असेही म्हणतात. सध्या रूढ असलेल्या उत्पादन प्रणालीमध्ये कच्च्या मालातून नको असलेले मटेरियल काढून हवी ती वस्तू बनविली जाते. त्यामुळे त्याला हल्ली सब्ट्रॅक्टिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग किंवा वजाबाकीचे उत्पादन म्हणून संबोधले जाते. उत्पादनक्षेत्राचा संपूर्ण चेहराच बदलून टाकणारे हे बेरजेचे उत्पादन तंत्र अजून बाल्यावस्थेत आहे. त्यामुळेच जास्त करून नवीन उत्पादनाची सुरुवात करताना जरुरीचे असणारे प्रतिरूप (प्रोटोटाईप) बनविण्यासाठी मात्र हे सर्वदूर वापरायला सुरवात झाली आहे. याचेच अधिक तपशील आपण पाहू.

१९८४ मध्ये चार्ल्स हल यांनी या तंत्राचा शोध लावला आणि स्टिरिओ लिथोग्राफी अशा नावाने १९८६ मध्ये याचे पेटंट घेतले. त्रिमिती छपाई तंत्राचे दोन मुख्य प्रकार आहेत. FDM ( फ्युजड् डिपॉझिशन मॉडेलिंग ) आणि SLS (सिलेक्टिव्ह लेझर सिंटरिंग). FDM या तंत्रामध्ये छपाईसाठी प्रामुख्याने प्लॅस्टिक वापरले जाते. जर आपल्याला तयार होणाऱ्या वस्तूची प्रत्यक्ष गुणवत्ता तपासायची असेल तर इथे धातूही वापरता येतो. ज्या मटेरियलपासून वस्तू बनवायची असेल त्या मटेरियलची तार वितळवून मशिनच्या बेडवर सोडली जाते. तार सोडणाऱ्या भागाला ’इंट्रूडर’ म्हणतात. काम करताना याचे तापमान २१०० ते २६०० से. असते तर बेडचे तापमान ८०० ते २५०० से. असते. वापरले जाणारे मटेरियल आणि थरांची संख्या यावर तापमान अवलंबून असते. इंट्रूडरचा प्रोब बेडवर ठरविल्याप्रमाणे फिरतो.त्यातून येणारी मटेरियलची तार बेडवर वितळते आणि आपल्याला हवा तो आकार बनत जातो. या प्रकाराला ’रॅपिड प्रोटो टायपिंग’ (RepRap) असेही नाव आहे. यामध्ये फ्युज मेटल किंवा फिलामेंट फ्युज होऊन इंट्रूजन नोझलमधून वितळून कार्यवस्तूच्या लेअरप्रमाणे प्रिंट होतो. प्रत्येक थराची जाडी मॉडेलनुसार ठरत असते.0.01 मिमी ही सर्वात कमी जाडी असते. तो वस्तूच्या (ऑबजेक्ट) आकाराप्रमाणे सेट होतो. १००X१०० मिमीची वस्तू असल्यास थराची जाडी २ मिमी. येऊ शकते. थ्रेडच्या डिझाईननुसार थर तयार होतो.

 

प्रिंटरला अपेक्षित आकाराची माहिती संगणकातून .stl फॉरमॅटमध्ये तयार केलेल्या 3D ड्रॉईंगमार्फत मिळते. प्रचलित CAD  फॉरमॅटमध्ये तयार केलेले ड्रॉईंग ’ .stl’ फॉरमॅटमध्ये रुपांतरित करता येते. मशिनचा बेड X, Y आणि Z अक्षात हालचाल करतो आणि इंट्रूडर स्थिर असतो. या मशिनमध्ये बेडच्या हालचालीसाठीच इलेक्ट्रॉनिक तंत्राचा उपयोग केलेला आहे. इलेक्ट्रॉनिक, ॲसेम्ब्ली/डिझाईन आणि सॉफ्टवेअर हे या यंत्रणेचे तीन महत्त्वाचे भाग आहेत.

FDM ( फ्युजड् डिपॉझिशन मॉडेलिंग ) या प्रक्रियेत मटेरियलची सलग पुरवली जाणारी तार ( फिलामेंट ) वितळवून त्यांना 3D आकार कसा दिला जातो, हे पाहण्यासाठी शेजारी दिलेला QR कोड आपल्या मोबाईलवर स्कॅन करा.

3D प्रिंटर म्हणजे काय?
3D प्रिंटर हा सामान्य प्रिंटरपेक्षा वेगळा असतो. 3D प्रिंटरवर कोणतीही वस्तू तीन मितींमध्ये (डायमेन्शन) प्रिंट केली जाते. एका पाठोपाठ एक थर रचून 3D मॉडेल निर्माण केले जाते. त्यामुळे या संपूर्ण प्रक्रियेला जलदगती (रॅपिड) प्रोटोटायपिंग अथवा 3D प्रिंटिंग असे म्हणतात. सध्याच्या प्रिंटरचे रेझोल्युशन ३२८ x ३२८ x ६०६ डीपीआय (X, Y, Z) ते अल्ट्रा-एचडी रेझोल्युशनमध्ये 656 x 656 x 800 डीपीआय (X, Y, Z) या पल्ल्यात असते. याची अचूकता 0.025 मिमी ते 0.05 मिमी प्रति इंच असते. मॉडेल साईझ ७३७ मिमी x १२५७ मिमी x १५०४ मिमीपर्यंत करता येतो.

जलदगती प्रोटोटायपिंग आणि 3D प्रिंटर
3D प्रिंटर हा जलदगती प्रोटोटायपिंग मशिनची सोपी आवृत्ती आहे. त्याची किंमत कमी असते आणि ते कमी सक्षम असतात. जलदगती प्रोटोटायपिंग ही ऑटोमोटिव्ह आणि एअरक्राफ्ट उद्योगक्षेत्रांमध्ये अनेक वर्षांपासून वापरली जाणारी पारंपरिक कार्यपद्धती आहे.

सर्वसाधारणपणे 3D प्रिंटर आरपी (रॅपिड प्रोटोटायपिंग) मशिनपेक्षा लहान आणि आटोपशीर असतात. ऑफिसमध्ये वापरण्यासाठी ते आदर्श असतात. त्यांना कमी जागा लागते आणि ते कमी ऊर्जेवर चालतात. नायलॉन किंवा अन्य प्लॅस्टिक वापरून प्रत्यक्ष वस्तूंचे लहान प्रमाणावर पुनरुत्पादन करण्यासाठी त्यांना डिझाईन केले आहे. जलदगती प्रोटोटायपिंग मशिनमधील बिल्ड चेंबरची एक बाजू किमान 10 इंच रुंद असते, तर 3D प्रिंटरमध्ये ती 8 इंचाहून कमी रुंदीची असते. तरीही जलदगती प्रोटोटायपिंग मशिनमध्ये केली जाणारी सर्व कामे करण्यासाठी 3D प्रिंटर सक्षम असतो. यात डिझाईनची तपासणी आणि मान्यता, प्रोटोटाईप तयार करणे, दूरस्थपणे माहिती शेअर करणे समाविष्ट असतात.

परिणामतः 3D प्रिंटर वापरायला सोपे आणि देखभाल ठेवण्यासाठी स्वस्त असतात. आपण बाजारातून एक ’डू इट युवरसेल्फ किट’ विकत आणा आणि स्वतःचा 3D प्रिंटर स्वतःच बनवा. तो व्यावसायिक जलदगती प्रोटोटायपिंगपेक्षा स्वस्त पडेल. भारतीय बनावटीचा एक 3D प्रिंटर आपल्याला रुपये 50,000 पर्यंत मिळेल आणि व्यावसायिक जलदगती प्रोटोटायपिंगची किंमत कमीत कमी $50,000 असते.

3D प्रिंटर जलदगती प्रोटोटायपिंग मशिनपेक्षा कमी अचूक असतात. त्यांच्या साधेपणामुळे त्यांच्यामध्ये वापरण्यायोग्य मटेरियलसाठी मर्यादित पर्याय असतात.

3D प्रिंटिंगसाठी अनेक निरनिराळी मटेरियल वापरणे शक्य असते. उदाहरणार्थ, एबीएस प्लॅस्टिक, पीएलए, पॉलीअमाईड (नायलॉन), काचयुक्त पॉलीअमाईड, स्टीरिओलिथोग्राफी मटेरियल (ईपॉक्सी रेझिन), चांदी, टायटॅनियम, स्टील, मेण, फोटोपॉलीमर आणि पॉलीकार्बोनेट.

 

3D डिझाईनमधील नवोदितांसाठी उपलब्ध 3D मॉडेलिंग सॉफ्टवेअर
जर आपण आताच सुरुवात करीत असाल, तर पुढे दिलेली फ्री डाउनलोड करता येणारी 3D मॉडेलिंग सॉफ्टवेअर अजमावून पहा.

गूगल स्केचअप
गूगल स्केचअप मोठे गमतीदार आणि विनामूल्य असून वापरण्यास ते अतिशय सोपे आहे, असे सांगितले जाते. स्केचअपमध्ये 3D मॉडेल बनवण्यासाठी आपण फक्त कडा आणि फेसेस काढायचे असतात. त्यासाठी अगदी कमी वेळात आत्मसात करता येतील अशी काही टूल वापरावी लागतात. पुश/पुल टूल वापरून आपण कोणत्याही सपाट पृष्ठभागाला एक्स्ट्रूड करून त्यातून एक 3D आकार बनवू शकता. शिवाय, ते गूगल अर्थ सोबत काम करते त्यामुळे आपण गूगल अर्थमधून स्केल केलेला एरियल फोटो थेट इम्पोर्ट करू शकता अथवा स्केचअप वापरून गूगल अर्थमध्ये पाहता येतील अशी मॉडेल बनवू शकता.

3 डीटिन
3 डीटिन हे सर्वात सोपे 3D सॉफ्टवेअर असून त्यामध्ये आपण आपल्या ब्राउझरवरून थेट चित्र काढू शकता.

ब्लेन्डर
ब्लेन्डर हा एक विनामूल्य, ओपन सोर्स, 3D कंटेंट क्रिएशन सूट आहे. तो सर्व जीएनयू जनरल पब्लिक लायसन अंतर्गत प्रमुख ऑपरेटिंग सिस्टिमसाठी उपलब्ध आहे. डच ॲनिमेशन स्टुडिओ निओजिओ आणि नॉट अ नंबर टेक्नॉलॉजीज (एनएएन) यांनी एक इनहाउस ॲप्लिकेशन म्हणून ब्लेन्डर विकसित केले होते. उच्च दर्जाच्या 3D सॉफ्टवेअरची वैशिष्ट्ये असणारा हा एक चांगला प्रोग्रॅम आहे.

ओपनस्कॅड
ओपनस्कॅड हे भरीव 3D कॅड वस्तू निर्माण करण्यासाठी असलेले सॉफ्टवेअर आहे. हे विनामूल्य सॉफ्टवेअर आहे आणि लिनक्स / युनिक्स, एमएस विंडोज आणि मॅक ओएस एक्ससाठी उपलब्ध आहे. यात 3D मॉडेलिंगच्या कलात्मक पैलूंवर लक्ष्य केंद्रित न करता कॅडवर अधिक भर दिला जातो.

टिंकरकॅड
आपल्या 3D प्रिंटरसाठी डिझाईन बनवण्याचा टिंकरकॅड हा एक नवीन आणि जलद गती पर्याय आहे. फक्त तीन मूलभूत टूल वापरून आपल्याला उपयुक्त गोष्टींची विस्तृत श्रेणी बनवता येते. आपला प्रकल्प तयार झाला की, त्याची एसटीएल फाईल डाऊनलोड करा आणि आपले 3D प्रिंटिंग सुरू करा.

कॅडची ऑटोकॅड आणि प्रो इंजिनियर ही सॉफ्टवेअर, र्‍हायनो, माया आणि सॉलिडवर्क्स वगैरे सॉफ्टवेअर पॅकेज ही सगळी व्यापारी सॉफ्टवेअर 3D मॉडेलच्या डिझाईनिंगसाठी उत्कृष्ट आहेत.

3D प्रिंटिंग उपयोग
3D प्रिंटिंगच्या उपयोगातील सर्वात महत्त्वाचे ॲप्लिकेशन वैद्यकीय उद्योगात आहे. 3D प्रिंटिंगद्वारा सर्जन रुग्णाच्या शरीरातील ज्या भागावर शस्त्रक्रिया करावयाची असेल, त्याचे मॉक अप (बनावट प्रतिकृती) तयार करू शकतात.

3D प्रिंटिंगद्वारा कोणताही भाग शून्यापासून सुरू करून काही तासातच बनवणे शक्य असते. याच्या सहाय्याने डिझाईनर आणि विकसक यांना फ्लॅट स्क्रीनपासून प्रत्यक्ष भागापर्यंत जाणे शक्य होते.

हल्लीच्या काळात, खेळण्यांपासून ते एअरोस्पेसच्या यंत्रभागांपर्यंत जवळजवळ सगळे काही 3D प्रिंटरच्या सहाय्याने बनवले जात आहे. 3D प्रिंटिंगचा उपयोग दागदागिने, कला, स्थापत्यशास्त्र, फॅशन डिझाईन आणि इंटेरियर डिझाईन यात केला जातो.
महाविद्यालयातील विद्यार्थ्यांसाठी तर हे मशिन अतिशय उपयुक्त आहे. त्यांना शिकताना काही मॉडेल बनविताना अतिशय कमी खर्चात ही मॉडेल 3D प्रिंटिंगने बनविता येतात. उदाहरणार्थ, एखादा ड्रोन बनवायचा असेल तर त्याचे विविध भाग बनवून तो बनविणे प्रचलित मशिनिंग तंत्रापेक्षा 3D तंत्राने बनवून जोडणे सोपे आणि कमी खर्चिक असते.

मेजर अवधूत ढमढेरे भारतीय सेनेमधून निवृत्त झालेले अभियंते असून त्यांनी आय.टी. इन्फ्रास्ट्रक्चरमध्ये काम केले आहे. सध्या ते शीतल वायरलेस टेक्नॉलॉजी कंपनीत सल्लागार आहेत.
avadhoot@sheetalwireless.com

लेखाचे अनुवादक : सुभाष फडके

लेखाचे प्रेषक : दीपक देवधर 

‘ मराठीतून अभियांत्रिकीविषयक ज्ञान आणि माहिती कारखान्यात काम करणाऱ्यांपर्यंत पोहोचविण्याचा पयत्न ‘धातुकाम ‘ मासिकातून गेली ४ वर्षे सुरु आहे. आपल्यापैकी उत्सुक आणि इच्छुक वाचकांनी यात तांत्रिक लेखन करण्यासाठी अथवा वर्गणीदार ,जाहिरातदार होण्यासाठी थेट संपर्क साधावा.

संपर्कासाठी तपशील.—दीपक देवधर, संपादक, उद्यम प्रकाशन, पुणे.

भ्रमणध्वनी क्रमांक – ९५९५०३१५६२

मेल – deepak.deodhar@udyamprakashan.com