3D प्रिंटींग - म्हणजे काय रे भाऊ?

मागे एकदा एका मेल मधून 3D प्रिंटींगच्या व्हिडियोची एक मेल आली होती. ती बघितल्यावर काहीतरी गीमीक असावे म्हणून तिकडे लक्ष दिले नव्हते. पण परवा ही बातमी वाचली आणि हबकलोच. त्यावेळी तो व्हिडियो बघून त्या 3D प्रिंटींगला सीरियसली न घेतल्याबद्दल मन खाऊ लागले आणि 3D प्रिंटींगबद्दल ज्ञान वाढविण्यासाठी त्याची माहिती घेणे चालू केले. चला तर बघूयात काय आहे हे 3D प्रिंटींग... 3D प्रिंटींग असे वाचून, प्रिंटींग म्हणजे काहीतरी कागदावर छापणे असे असल्याने, ते 3D कसे काय असू शकेल? असा प्रश्न पडून थोडी दिशाभूल होते, माझीही झाली होती पण ह्या 3D प्रिंटींगचा थेट प्रिंटींगशी काही संबंध नाही. डिजीटल इलेक्ट्रॉनिक्स आणि इंजिनियरिंग ड्रॉइंग यांच्या युतीतून तयार होणार्‍या ‘डिजीटल मॉडेलिंग’ ह्या तंत्रज्ञानाचा वापर आणि त्याच्या आधाराने वापरण्यायोग्य वस्तू तयार करणे म्हणजे 3D प्रिंटींग.

इंजिनियरिंग बॅकग्राऊंड असलेल्यांना हे डिजीटल मॉडेलिंग लगेच कळेल. पण ज्यांना इंजिनियरिंगचा बॅकग्राऊंड नाहीयेय त्यांच्यासाठी एकदम डिजीटल मॉडेलिंग कडे वळण्याआधी जरा आपण मूलभूत संकल्पना समजावून घेऊयात. इंजिनियरिंग ड्रॉइंग किंवा मशीन ड्रॉइंग ह्या विषयात ‘आयसोमेट्रीक ड्रॉइंग’ हा एक प्रकार असतो, ह्यात मशीनचे वेगवेगळे भाग बनविण्यासाठी त्यांची मॉडेल्स कशी उभी करायची हा महत्त्वाचा भाग असतो. मशीनचा एखादा भाग त्रिमितीय अवस्थेत कसा दिसेल ते काढण्याची पद्धत ह्या प्रकारात समजावलेली असते. बाजूच्या चित्रात दाखवल्या प्रमाणे इंजिनियर तो मशीनचा भाग, वरून बघितल्यावर कसा दिसेल (Top View), डाव्या व उजव्या बाजूने कसा दिसेल (Side View) आणि समोरून कसा दिसेल (Front View) हे ठरवून त्याची ड्रॉइंग्स बनवतो मग आयसोमेट्रीक ड्रॉइंग ह्या पद्धतीने त्याचे त्रिमितीय स्वरूप कसे असेल त्याचे त्रिमितीय ड्रॉइंग तयार केले जाते. ह्या त्रिमितीय मॉडेलला मध्येच कापले तर ते कसे दिसेल ह्याच्या ड्रॉइंगला ‘सेक्शनल व्ह्यू’ म्हणतात, बाजूच्या चित्रात तिरक्या रेषांनी दाखविलेला भाग का सेक्शनल व्ह्यू आहे.

हे सर्व ड्रॉइंगचे काम संगणक युगाच्या आधि मेकॅनिकल ड्राफ्ट्स्मन कागदावर हाताने करायचे, टी स्क्वेअर वापरून. पण संगणक युगाच्या झपाट्यात CAD (Computer Aided Design) सोफ़्टवेयर वापरून हे डिझाइनचे काम केले जाते. हे CAD वापरून केलेली ड्रॉइंग्स मग CAM (Computer Aided Manufacturing) ह्या तंत्रज्ञानाने परिपूर्ण असणारी मशीन्स वापरून ते मशीनचे भाग बनवले जातात. त्यामुळे CAD आणि CAM ह्या तंत्रज्ञानाने बनविलेल्या वस्तू बनविण्यात फारच अचूकता साधता येते. तर, ह्याच CAD आणि CAM चा वापर करून डिझाइन्स किंवा मॉडेल्स बनविणे म्हणजे ‘डिजीटल मॉडेलिंग’. च्यायला प्रिंटींग.प्रिंटींग.. म्हणत हा, किचकट अभियांत्रिकी मध्ये का बुवा घुसला असे वाटायला लागून बोअर झाले ना? थांबा किचकट भाग संपला, आता जरा कमी किचकट असलेली माहिती अजूनही सोपी करून सांगतो. (असे म्हणायला काय जाते? ;) ) तर आता मूळ 3D प्रिंटींग कडे परत वळूयात. पण त्यासाठी परत आपल्याला पारंपरिक मॅन्युफॅक्चरिंगची पद्धत बघावी लागेल. ह्या पद्धतीला Subtractive Process (स्तर-अवर्धीतकरण) म्हणतात. आता हे समजावून सांगण्यासाठी चित्राची गरज अनिवार्य आहे. खालच्या चित्रात दाखविल्याप्रमाणे ह्या पद्धतीत मूळ मटेरियलचा नको असलेला भाग काढून आपल्याला हवी असलेली वस्तू बनविली जाते. अगदी आपल्या बारा बलुतेदारांपासून ते आधुनिक यांत्रिक पद्धतीने वस्तू ह्या Subtractive Process ने बनविल्या जातात.

बरं मग? त्याचा इथे काय संबंध? सांगतो सांगतो... तुम्हाला प्रश्न फारच पडतात ब्वॉ. तर हे 3D प्रिंटींगने बनणार्‍या वस्तू ह्या पारंपरिक Subtractive Process चा वापर करून बनत नाहीत. त्यासाठी नेमकी उलटी पद्धत वापरली जाते ती म्हणजे Additive Process (स्तर-वर्धीतकरण). बाजूच्या चित्रात दाखविल्याप्रमाणे टॉवर ऑफ हनोई चा हा पॅगोडा, वेगवगळे लाकडी आकाराचे थर एकावर एक रचून बनला आहे. तो ज्या पद्धतीने बनला आहे ती पद्धत म्हणजेच Additive Process.

बाजूच्या आकृतीत एका 3D प्रिंटरचे काप्लनिक मॉडेल आहे. ह्या प्रिंटरला एक लेजर गन असते जी ही Additive Process वापरून, वस्तू, थरावर थर चढवून तयार करते. वेगवेगळी ड्रॉइंग्स आधि CAD आणि CAM च्या साहाय्याने बनवली जातात व ती 3D प्रिंटरला पुरवली जातात. मग 3D प्रिंटर त्या ड्रॉइंग्सच्या आधारे लहानात लहान थर बनवतो आणि ते एकमेकांवर रचनात्मक चढवत वस्तू बनली जाते. ह्या कामी वर सांगितलेली ‘सेक्शनल व्ह्यू’ची ड्रॉइंग्स, थर चढवताना अचूकता आणण्याची महत्त्वाची कामगिरी बजावतात. सूक्ष्मातले सूक्ष्म बारकावे ह्या ‘सेक्शनल व्ह्यू’ची ड्रॉइंग्स मधून 3D प्रिंटरला मिळतात आणि तो त्या प्रमाणे वस्तू बनवतो.

मघापासून 3D प्रिंटरचे वस्तू बनवतो... वस्तू बनवतो... असे मी सांगतो आहे, पण ती वस्तू बनते कशाने? प्रिंटर जरी असला तरीही कागदावर प्रिंटींग ह्या 3D प्रिंटींगमध्ये नसते असेही मी म्हणालो, मग ही वस्तू नेमकी बनते कशी? तर त्यासाठी पावडर स्वरूपातला कच्चा माल असतो. (खूश होऊ नका गालाला लावायची पावडर नाहीयेय ही). वेगवेगळ्या पॉलिमर्स किंवा पॉलीस्टायरीनच्या पावडर असतात ह्या. ज्या फोटो पॉलिमर प्रकारात मोडतात. म्हणजे प्रकाशाच्या साहाय्याने त्यांच्या भौतिक गुणधर्मात बदल होतात. 3D प्रिंटरमधली लेजर गन जेव्हा ह्या फोटो पॉलिमर वर लेजर बीम सोडते तेव्हा पावडर स्थितीतून त्याचे रूपांतर घनस्थितीत होते आणि वस्तू तयार होते. हा व्हिडिओ बघितल्यावर हे 3D प्रिंटींग म्हणजे काय त्याची कल्पना येईल. सर्व तांत्रिक क्लिष्टता आणि परिभाषा यांच्या तपशिलात जायचे टाळून 3D प्रिंटींग म्हणजे काय तेच फक्त समजवण्याचा उद्देश होता त्यामुळे बरेच तांत्रिक तपशील लेखात वगळले आहेत. तर आता 3D प्रिंटींग म्हणजे काय ते कळले का रे भाऊ?