వస్తు ముద్రణ వావ్‌..

కొత్త కుర్చీ అవసరమైంది. గిటారో, కెమెరానో కావాలని పిల్లలు అడుగుతున్నారు. వీటిని కొనకుండా ఇంట్లోనే ముద్రించుకుంటే? కంపెనీవాళ్లు కారుకు సరిగ్గా సరిపోయే విడి భాగాలను ముద్రించి ఇస్తే? దాతల కోసం వేచి చూడకుండా డాక్టర్లు అవయవాలను అప్పటికప్పుడు ముద్రిస్తే? 3డీ ప్రింటర్‌తో ఇలాంటివన్నీ సాధ్యమే. దీంతో ఏకంగా ఇళ్లనే ముద్రించేస్తున్నారు. ఇంతకీ 3డీ ప్రింటర్లు ఎలా పనిచేస్తాయి? వీటిని ఎవరైనా వాడుకోవచ్చా?

అంత తేలికైందేమీ కాదు. కాస్త సంక్లిష్టమైన ప్రక్రియే. అయినప్పటికీ 3డీ ముద్రణ రోజురోజుకీ పుంజుకుంటోంది. చవకగా మారుతోంది. సామాన్యులకూ అందుబాటులోకి వస్తోంది. ఇటీవలే చెన్నైలో ఒక అంకుర సంస్థ ఏకంగా ఇంటిని ముద్రించి చరిత్ర సృష్టించింది. ఒకప్పుడు 3డీ ముద్రణ ప్రక్రియ నమూనాల తయారీకే పరిమితమని అనుకునేవారు. అందుకేనేమో అప్పట్లో దీన్ని ‘ర్యాపిడ్‌ ప్రొటోటైపింగ్‌’ అని పిలుచుకునేవారు. రాన్రానూ కచ్చితత్వం, పదార్థాల శ్రేణి పెరగటంతో 3డీ ముద్రణా వేగం పుంజుకుంది. పారిశ్రామిక ఉత్పత్తుల పరిజ్ఞానంగానూ మారింది. మొదట్లో దీన్ని 3డీ ముద్రణ కన్నా సంకలన (అడిటివ్‌) తయారీగా భావించేవారు. దీని అతిగొప్ప ప్రయోజనం చేత్తో తయారు చేయలేని అతి సంక్లిష్ట వస్తువులనూ సృష్టించగలగటం. ఇది పర్యావరణ హితం కూడా. దీంతో ఉత్పత్తి సమయం, ఖర్చు 90% వరకు తగ్గుతాయి. ఇంధన వినియోగమూ సగానికి పైగా ఆదా అవుతుంది. కాబట్టే విశేష ప్రాచుర్యం పొందుతోంది. వస్తు సామగ్రి దగ్గర్నుంచి రోబోల తయారీ వరకూ దీన్ని వినియోగించుకుంటుండటమే ఇందుకు నిదర్శనం.

3డీ ప్రింటర్‌ అంటే?  

ఒక్క మాటలో చెప్పాలంటే మామూలు ప్రింటరే. కానీ ఇది అక్షరాలను ముద్రించదు. వరుసలు వరుసలుగా 3డీ (పొడవు, వెడల్పు, లోతు) వస్తువులను ముద్రించటం దీని ప్రత్యేకత. కర్బన పోచలు, పొడులు, ప్లాస్టిక్‌, లోహాలు.. ఇలా వేటి నుంచైనా వస్తువులను ముద్రిస్తుంది. వీటిని ముద్రిస్తున్నప్పుడు మధ్యలో వేర్వేరు పదార్థాలనూ మిళితం చేయొచ్చు. ఉదాహరణకు- గాలి మరల వంటి వాటిల్లో యంత్ర పరికరాలను జోడించినట్టుగా లోహ పరికరాల్లో ప్లాస్టిక్‌ భాగాలనూ కలిపేయొచ్చు. దీంతో వస్తూత్పత్తికి ఎక్కువ యంత్రాల అవసరమూ తప్పుతుంది. పెద్ద సంఖ్యలో కార్మికులతో పనుండదు. ఫలితంగా ఖర్చు, సమయం రెండూ తగ్గుతాయి. 3డీ ప్రింటర్లు కేవలం కర్మాగారాలకే పరిమితమని అనుకుంటున్నారేమో. మున్ముందు నట్టింట్లోకి వచ్చినా ఆశ్చర్యపోనవసరం లేదు. కావాలంటే ఫొటోలనే చూడండి. ఒకప్పుడు నిపుణులైన ఫొటోగ్రాఫర్లే పొటోలు తీసేవారు. ఇప్పుడు ఎవరైనా, ఎక్కడైనా.. కెమెరాలు లేకుండా ఫోన్లతోనే ఫొటోలు తీసేస్తున్నారు కదా. ఫొటోగ్రఫీ పరిజ్ఞానంలో వచ్చిన అధునాతన మార్పులతోనే ఇది సాధ్యమైంది. అలాగే 3డీ ప్రింటర్‌ పరిజ్ఞానమూ కొంగొత్త మార్పులతో సామాన్య మానవుడికి అందుబాటులోకి వచ్చే రోజులూ ఎంతో దూరంలో లేవంటే అతిశయోక్తి కాదు.

రకరకాలు

3డీ ప్రింటర్లు రకరకాల సైజులు, ఆకారాల్లో ఉంటాయి. కొన్ని టేబుల్‌ మీద సరిపడేంత చిన్నగా ఉంటే.. గోడలు, పునాదిని ముద్రించేవి భవనాలంత పెద్దగా ఉండొచ్చు. ప్రస్తుతానికి ఏడు రకాల 3డీ ప్రింటర్లు ఉన్నాయి. అన్నీ దేనికవే ప్రత్యేకమైనవే. ఫ్యూజ్డ్‌ డిపాజిషన్‌ మోడలింగ్‌ (ఎఫ్‌డీఎం) ప్రింటర్లు చాలా ప్రాచుర్యం పొందాయి. ఎందుకంటే ఇవి కచ్చితంగా ముద్రిస్తాయి. వీటితో ఎలాంటి వస్తువులనైనా ముద్రించుకోవచ్చు. ఈ ప్రక్రియ చాలా తేలికైంది. చవకైనవి కావటం వల్ల చాలామంది ఇంట్లో హాబీగానూ వాడుకుంటుంటారు. కార్లు, మానవ రహిత విమానాలు, ఎలక్ట్రిక్‌ గిటార్ల వంటివీ ముద్రిస్తుంటారు. ఇతరత్రా ప్రింటర్లు ఇవీ..

* స్టీరియోలిథోగ్రఫీ: ఇది పరిశ్రమల కోసం ఉద్దేశించిన 3డీ ముద్రణ ప్రక్రియ. అభివృద్ధి దశలో ప్రయోగాత్మక ఉత్పత్తులు, వైద్య పరికరాల నమూనాలు, కంప్యూటర్‌ హార్డ్‌వేర్‌ల ముద్రణకు దీన్ని వాడుకుంటారు. ఇది పొరలు పొరలుగా ఆయా వస్తువులను ముద్రిస్తుంది. వేగంగా పనిచేస్తుంది గానీ చాలా ఖరీదైనది.

* డిజిటల్‌ లైట్‌ ప్రాసెసింగ్‌: ఇది డిజిటల్‌ మైక్రోమిర్రర్లు, కాంతిని వెదజల్లే పరికరాల ముద్రణకు తోడ్పడుతుంది. దంత వైద్యం, నగల తయారీ పరిశ్రమల్లో ఎక్కువగా వాడుతుంటారు.

* సెలెక్టివ్‌ లేజర్‌ సింటరింగ్‌: లేజర్‌, వేడి సాయంతో పొడి పదార్థాలను కరిగించి, ముద్రించే ప్రక్రియ. ప్రయోగాత్మక పరికరాలను త్వరగా తయారు చేయటానికి, తక్కువ మొత్తంలో విడిభాగాల ముద్రణకిది ఉపయోగపడుతుంది.

* సెలెక్టివ్‌ లేజర్‌ మెల్టింగ్‌: ఇది లేజర్‌, వేడి సాయంతో పొడి పదార్థాలను లోహపు వస్తువులుగా ముద్రిస్తుంది. విమానాలు, వాహనాల భాగాలు.. దంతాలు, ఒంట్లో అమర్చే కృత్రిమ పరికరాల వంటి వాటి ముద్రణకు దీన్ని ఉపయోగిస్తారు.

* లామినేటెడ్‌ వస్తు తయారీ: వివిధ పదార్థాలతో చవకగా, త్వరగా 3డీ వస్తువులను ముద్రించే ప్రక్రియ. దీన్ని చాలావరకు నమూనా వస్తువుల తయారీకి వాడుకుంటారు. కస్టమర్లకు, పెట్టుబడిదారులకు కొత్త ఆలోచనలను వివరించటానికివి బాగా ఉపయోగపడతాయి.

* డిజిటల్‌ బీమ్‌ మెల్టింగ్‌: ఇది చాలా సంక్లిష్టమైన 3డీ ముద్రణ పద్ధతి. దీనికి నిపుణులు అవసరం. వాహనాలు, విమానాలు, రక్షణ, వైద్య పరికరాల తయారీకి ఉపయోగిస్తుంటారు.

3డీ ప్రింటర్లు ఎలా పనిచేస్తాయి?

3డీ ప్రింటర్ల పనితీరు కాస్త భిన్నంగా ఉన్నా అన్నింటికీ కంప్యూటర్‌ మీద రూపొందించిన డిజైన్లే (క్యాడ్‌) ఆధారం. ఇందుకోసం ఉపయోగించే కంప్యూటర్‌ మోడలింగ్‌ సాఫ్ట్‌వేర్‌ చాలా కచ్చితంగా 3డీ డిజైన్లను సృష్టిస్తుంది. వీటిని ప్రింటర్లు గ్రహించి, ఆయా పదార్థాలను పొర మీద పొర పరచుకుంటూ వస్తువులను ముద్రిస్తాయి. (కింద చిత్రంలో వివరంగా..) అవసరమైన చోట చక్రాల వంటి భాగాలనూ అదే వరుసలో ముద్రిస్తూ వస్తాయి. ఇలా వస్తువు పూర్తయ్యేంతవరకు ముద్రిస్తూనే ఉంటాయి. పొరలు పొరలుగా ముద్రించినప్పటికీ ఆయా వస్తువులు కింది నుంచి పై వరకూ అంతా ఒక ముక్కగానే ఉంటాయి.

* 3డీ ప్రింటర్లలో ఎక్కువగా ఉపయోగించే పదార్థం థర్మోప్లాస్టిక్‌ ఫిలమెంట్‌. దీన్ని ఒకరకంగా వీటి ‘సిరా’ అనుకోవచ్చు. ఇది మృదువుగా, వంగటానికి అనువుగా ఉంటుంది. ప్లాస్టిక్స్‌, పొడులు, రెజిన్లు, లోహాలనూ ముద్రణకు వాడుకుంటారు. కంప్యూటర్‌ ప్రోగ్రామ్‌ నిర్దేశించిన విధంగానే 3డీ ప్రింటర్లు ముద్రిస్తాయి. ముడి పదార్థాలను అవసరమైనంతే వాడుకుంటాయి. అందువల్ల వ్యర్థాలు, ఖర్చూ తగ్గుతాయి. ఇలా పర్యావరణానికీ మేలు చేస్తాయి.

ఏమేం తయారు చేయొచ్చు?

సిద్ధాంతపరంగా చూస్తే దేనినైనా 3డీ ప్రింటర్‌తో ముద్రించొచ్చు. వస్తువుల తయారీ, నిర్మాణ, ఔషధ రంగాల్లో ఎక్కువగా వాడుతున్నారు. ప్రస్తుతం టెలిస్కోప్‌లు, కెమెరాలు, యంత్రాల లోహ భాగాలు, ప్లాస్టిక్‌ ఆట వస్తువులు, సెరమిక్‌ కప్పులు.. చివరకు కేకులను సైతం 3డీ పద్ధతిలో ముద్రించే సామర్థ్యాన్ని సాధించాం. హాబీ కోసం ప్రింటర్లను వాడుకునేవారైతే పారిశ్రామికేతర ఉత్పత్తులనూ సృష్టిస్తున్నారు. కొందరు వీటిని ఆన్‌లైన్‌లోనూ విక్రయిస్తున్నారు. కొవిడ్‌-19 మహమ్మారి విజృంభించినప్పుడూ 3డీ పరిజ్ఞానం ఎంతగానో ఉపయోగపడింది. పీపీఈ కిట్లు అంతగా అందుబాటులో లేకపోవటంతో చాలా ఆసుపత్రులు 3డీ పద్ధతిలో గౌన్లు, మాస్కులను ముద్రించుకున్నాయి. వెంటిలేటర్ల భాగాలను సైతం ముద్రించారు. అమెరికాలోని ఒక విద్యార్థి ఇంట్లో 3డీ ప్రింటర్‌తో మాస్కులను తయారుచేసే కర్మాగారాన్నీ స్థాపించాడు.

* వైద్యరంగంలో 3డీ ముద్రణ పరిజ్ఞానం కొత్త ఆశలు రేపుతోంది. కృత్రిమ పరికరాల తయారీ కోసం శాస్త్రవేత్తలు దీన్ని బాగా ఉపయోగించుకుంటున్నారు. మూల కణాలు, మృదులాస్థి సాయంతో చెవుల వంటి అవయవాలనూ ముద్రిస్తున్నారు. ఈ ప్రక్రియను జీవముద్రణ (బయోప్రింటింగ్‌) అనీ పిలుచుకుంటున్నారు. ఇదింకా పరీక్షల దశలోనే ఉన్నప్పటికీ మున్ముందు విస్తృతంగా వాడుకంలోకి వచ్చే అవకాశముంది. 3డీ ప్రింటర్లతో ముద్రించిన కణజాలం మందుల పరీక్షకూ ఉపయోగపడనుంది. దీంతో మందుల పరీక్ష తేలికవుతుంది. నైతికపరమైన ఇబ్బందులూ తప్పుతాయి.  

కల్పిత కథ స్ఫూర్తితో

3డీ ప్రింటర్‌కు సైన్స్‌ ఫిక్షన్‌ కథే స్ఫూర్తి అనుకోవచ్చు. ‘థింగ్స్‌ పాస్‌ బై’ అనే పొట్టి కథలో తొలిసారి దీని ప్రస్తావన కనిపిస్తుంది. ఇందులో కదిలే చేయితో కూడిన యంత్రం కరిగిన ప్లాస్టిక్‌తో 3డీ వస్తువులను సృష్టిస్తుంటుంది. నేటి 3డీ ప్రింటర్లలోనూ కరిగించిన పదార్థాలతోనే వస్తువులను ముద్రిస్తుండటం విశేషం. తొలి ప్రాథమిక స్థాయి 3డీ ప్రింటర్‌ను టెలీటైప్‌ కార్పొరేషన్‌ 1971లో రూపొందించింది. ఇది కరిగిన లక్కను ఉపయోగించుకునేది. అయితే 1980ల్లోనే అసలు 3డీ ప్రింటర్‌ పుట్టుకొచ్చింది. చార్లెస్‌ హల్‌ అనే భౌతిక శాస్త్రవేత్త అతి నీలలోహిత కాంతి సాయంతో బల్లమీద పరిచే పొరలను గట్టి పరుస్తుండగా 3డీ ముద్రణ భావన పుట్టుకొచ్చింది. ఆయన ఈ ప్రక్రియకు 1986లో పేటెంట్‌ తీసుకున్నారు. తర్వాత ఆయనే 3డీ సిస్టమ్స్‌ అనే కంపెనీని స్థాపించి, ద్రవేతరాలతో ముద్రించేలా పరిజ్ఞానాన్ని విస్తరించారు. అప్పట్లోనే దీనిపై కార్లు, విమాన కంపెనీలు, ఆసుపత్రులు చాలా ఆసక్తి చూపాయి.

ఆసుపత్రిలోనే ఇంప్లాంట్‌ ముద్రణ

3డీ ముద్రణ రోజురోజుకీ ఎంత చేరువవుతోందో అనటానికి తాజా ఉదాహరణ సిలిమాక్‌ ప్రింటర్‌. ఇదో ప్రత్యేకమైన 3డీ ప్రింటర్‌. సిలికాన్‌ పదార్థంతో అప్పటికప్పుడు శరీరంలో అమర్చే పరికరాలను ముద్రిస్తుంది. నేషనల్‌ స్టార్టప్‌ టెక్నాలజీ పురస్కారాన్ని పొందిన ప్రయస్థ అనే కంపెనీ ఆవిష్కరించింది. ఇలాంటి ప్రింటర్‌ ప్రపంచంలో ఇదే మొట్టమొదటిది. దీన్ని సెంటర్‌ ఫర్‌ బయోసిస్టమ్స్‌ సైన్స్‌ అండ్‌ ఇంజినీరింగ్‌ (బీఎస్‌ఎస్‌ఈ), ఇండియన్‌ ఇన్‌స్టిట్యూట్‌ ఆఫ్‌ సైన్సెస్‌ (ఐఐఎస్‌సీ)లో వాడుకోనున్నారు. ఆయా వ్యక్తులకు అనుగుణంగా, త్వరగా పరికరాలను రూపొందించటానికిది తోడ్పడుతుంది.