थ्री-डी प्रिंटिंग (अच्युत गोडबोले)

‘थ्री-डी प्रिंटिंग’ तंत्रानं सर्व जग हादरवून टाकलंय आणि पुढंही हे जग ओळखू येणार नाही एवढी ताकद या तंत्रज्ञानात आहे. इतकंच नाही, तर या तंत्रामुळे जुन्या पद्धतीचे कारखाने आणि त्यात असेंब्ली लाईनवर निर्माण होणाऱ्या मोठ्या प्रमाणावरच्या उत्पादनाचं युग संपून ज्या व्यक्तीला जे, जसं आणि जिथं हवं तिथं तो हवी ती गोष्ट तयार करून घेऊ शकेल अशी नवीन औद्योगिक क्रांती होण्याचीही शक्यता नाकारता येणार नाही. आज मोटारगाडी, विमान, अवकाशयानातले पार्ट्‌स थ्री-डी प्रिंटिंगनं बनवता येण्याचे प्रयत्न सुरू आहेत. सॅन फ्रान्सिस्कोमधल्या बीस्पोक प्रोस्थेटिक्स ही कंपनी माणसाचे वेगवेगळे अवयव थ्री-डी प्रिटिंगनं बनवायचा प्रयत्न करते आहे. थ्री-डी प्रिंटिंगचे उपयोग अनंत आहेत; पण हे तंत्रज्ञान अजून महाग आहे. ते सर्वसामान्यांपर्यंत पोचलं, तर आपल्याला हे जग ओळखू येईनासं होईल यात शंकाच नाही.

चक हॉल (Chuck Hall) नावाच्या इंजिनियरच्या डोक्यात १९८० च्या दशकाच्या सुरुवातीला तीन मितीतल्या वस्तू ‘छापण्याची’ कल्पना आली तेव्हा अर्थातच त्याला अनेकांनी वेड्यात काढलं. एखादं डॉक्युमेंट छापणं ठीक आहे; फार फार तर एखादा फोटो. मात्र, एखादी वस्तू अशा प्रिंटरनं तयार करता येईल? पण नंतर त्याच कल्पनेवर आधारित ‘थ्री-डी प्रिंटिंग’ तंत्रानं सर्व जग हादरवून टाकलंय आणि पुढंही हे जग ओळखू येणार नाही एवढी ताकद या तंत्रज्ञानात आहे. इतकंच नाही, तर या तंत्रामुळे जुन्या पद्धतीचे कारखाने आणि त्यात असेंब्ली लाईनवर निर्माण होणाऱ्या मोठ्या प्रमाणावरच्या उत्पादनाचं युग संपून ज्या व्यक्तीला जे, जसं आणि जिथं हवं तिथं तो हवी ती गोष्ट तयार करून घेऊ शकेल अशी नवीन औद्योगिक क्रांती होण्याचीही शक्यता नाकारता येणार नाही.

पूर्वी पदार्थ ‘सब्ट्रॅक्टिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग’ पद्धतीनं उत्पादन केले जात. उदाहरणार्थ, आपण लेथवर एखादा धातूचा तुकडा घेतो आणि त्यातला नको तो भाग काढून टाकतो. एखादा शिल्पकार दगडातून मूर्ती बनवतो, तसंच या पद्धतींत मूळ पदार्थ कमी होत असल्यामुळे याला ‘सब्ट्रॅक्टिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग’ असं म्हणतात. यामध्ये खर्च आणि वेळ खूप लागतो आणि पदार्थही वाया जातो. या तीनही गोष्टी थ्री-डी प्रिंटिंगमध्ये वाचू शकतात. यामध्ये पहिल्यांदा कॉम्प्युटर एडेड डिझाईनसारखंच (CAD) सॉफ्टवेअर वापरून जी वस्तू बनवायचीय, त्याचं एक डिझाईन करून ते डिजिटाईज्ड् स्वरूपात (० आणि १ च्या भाषेत) साठवलं जातं. त्यानंतर हे डिझाईन थ्री-डी प्रिंटरला फीड केलं जातं. त्यानंतर ही वस्तू ज्या पदार्थाची बनवायची आहे (उदाहरणार्थ, प्लॅस्टिक), त्या कच्च्या मालाची अतिसूक्ष्म पावडर किंवा वितळलेलं द्रव या थ्री-डी प्रिंटरला इनपुट म्हणून देण्यात येतात. आता हा थ्री-डी प्रिंटर त्या वस्तूच्या डिझाईनप्रमाणे त्या कच्च्या मालाच्या पावडरचे एकावर एक असे थर रचत जातो आणि ती वस्तू चक्क आपल्या डोळ्यांसमोर तयार करतो.

सुरुवातीला थ्री-डी प्रिंटिंगचं तंत्र वस्तूंचे प्रोटोटाइप्स बनवण्यासाठी वापरलं जायचं. मोटारगाडीसारखी कुठलीही महागडी वस्तू बनवताना त्याचा प्रथम एक प्रोटोटाईप बनवला जातो. मग तो कसा दिसतो, तो किती मजबूत आहे अशा आणि इतरही अनेक गोष्टी तपासल्या जातात. जर ती गोष्ट एखाद्या खास ग्राहकासाठी बनवलेली असेल (उदाहरणार्थ, बॉयलर, इव्हॅपरेटर), तर तो प्रोटोटाईप त्या ग्राहकाकडून अॅप्रूव्ह करून घ्यावा लागतो आणि मगच प्रत्यक्ष त्या गोष्टीचं उत्पादन सुरू होतं. हे प्रोटोटाईप्स चटकन् आणि कमी खर्चात करावे लागतात. याला ‘रॅपिड प्रोटोटाइपिंग’ (RP) असं म्हणतात. त्यासाठी प्रथम थ्री-डी प्रिंटिंगचा वापर करता येईल असं संशोधकांना आणि इंजिनियर्सना वाटलं आणि त्यातूनच या कल्पनेचा उगम आणि विकास झाला. रॅपिड प्रोटोटाइप्स बनवण्यासाठी ‘कॉम्प्युटर एडेड डिझाईन’चं (CAD) सॉफ्टवेअर वापरून प्रथम त्या गोष्टीचं डिझाईन तयार करतात आणि या डिझाइनचा वापर करून त्या वस्तूच्या कणांचे एकावर एक थर रचून थ्री-डी प्रिंटर तो प्रोटोटाईप बनवतो.
सर्वप्रथम हे सगळं अमेरिकेत ‘मॅसेच्युसेटस् इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी’ (एमआयटी) आणि ‘थ्री-डी सिस्टिम्स’ ही कंपनी या दोघांच्या प्रयत्नांनी झालं. १९९० च्या दशकाच्या सुरुवातीला एमआयटीनं एक पद्धती निर्माण केली आणि त्यांनी तिचं अधिकृतपणे ‘थ्री-डी प्रिंटिंग’ असं नामकरण केलं. त्याचा शॉर्टकट म्हणून ते तिला ‘३DP’ म्हणत. फेब्रुवारी २०११ पर्यंत MITनं ६ कंपन्यांना ही ३DP ची प्रक्रिया वापरून उत्पादन करण्याचे परवाने दिले होते. त्यात साउथ कॅरोलिनामधल्या रॉक हिलमधली ‘थ्री-डी सिस्टिम्स’ ही कंपनी प्रमुख होती. जरी एमआयटी आणि थ्री-डी सिस्टिम्स या तंत्रज्ञानात अग्रगण्य असल्या, तरी झेड कॉर्पोरेशन, ऑब्जेक्ट जॉमेट्रीज आणि स्ट्रॅटॅसिस अशा कंपन्याही यात काम करताहेत.

काही काळातच थ्री-डी प्रिंटिंगचं तंत्रज्ञान रॅपिड प्रोटोटाईपमधून बाहेर येऊन प्रत्यक्ष वस्तूच बनवायला लागलं आणि तिथं मॅन्युफॅक्चरिंगमधली खरी क्रांती सुरू झाली!
यासाठी अनेक तंत्रं वापरली जातात. त्यातलं एक आहे ‘डायरेक्ट थ्री-डी प्रिंटिंग.’ यात इंकजेट टेक्नॉलॉजी वापरली जाते. आपण इंकजेट प्रिंटर वापरतो तो दोन मितींतला म्हणजे टू-डी इंकजेट प्रिंटर असतो. त्यात पुढं मागं करत हा प्रिंटर द्रव स्वरूपातली शाई कागदावर टाकून छपाई करतो. थ्री-डी प्रिंटिंगमध्ये तसंच काहीसं होतं. फक्त इथं शाईऐवजी मेणाचे कण किंवा पॉलिमरची पावडर किंवा द्रव या गोष्टी वापरल्या जातात आणि त्या वस्तूचे तीन मितींत थर साचत जातात. याशिवाय इतरही अनेक तंत्रं आहेत. उदाहरणार्थ, ‘बाइंडर थ्री-डी प्रिंटिंग’मध्ये पावडर आणि बाइंडिंगसाठीचा ग्लू हा द्रवपदार्थ हे दोन्ही पदार्थ दोन बाजूनं येतात आणि त्यामुळे प्रत्येक थर निर्माण झाला, की तो घट्ट बसतो. एमआयटीची ३DP हीच पद्धती वापरत होती. याशिवाय ‘फ्युज्ड डिपॉझिशन मॉडेल’ (यात वितळलेलं प्लॅस्टिक थ्री-डी प्रिंटरला देण्यात येतं), ‘फोटोपॉलिमरायझेशन अँड सिंटरिंग अशाही पद्धती वापरण्यात येतात. या सगळ्या पद्धतींमध्ये एकावर एक असे थर वाढत गेल्यामुळेच याला ‘अॅडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग’ (एएम) असं म्हणतात. यात वस्तू वाया जात नाही आणि वेळ; तसंच खर्च कमी येतो.
आता आपल्याला प्रश्न पडेल, की आज सर्रास वापरली जाणारी एनसी मशीन्स (NC Machines) आणि थ्री-डी प्रिंटिंग यांच्यामध्ये काय फरक आहे? एनसी मशीनमध्येही बनवायच्या वस्तूंचं डिझाईन डिजिटाईज्ड् स्वरूपात एनसी मशीनला फीड केलं जातं; आणि त्यानंतर एनसी मशीन ती वस्तू तयार करतं; पण एनसी मशीन आणि थ्री-डी प्रिंटिंग यांच्यात एक मूलभूत फरक आहे. तो म्हणजे एनसी मशीन हे सब्ट्रॅक्टिव्ह प्रकारचं मशीन आहे. एनसीमध्येही ती वस्तू कशी करायची आहे (कुठं, कसं आणि किती खोलवर कापायचं), याविषयीचा चक्क एक प्रोग्रॅम लिहिलेला असतो आणि एनसी मशीन त्याप्रमाणंच लेथ चालवून काम करतं. पण त्याला धातूचा तुकडा किंवा ज्याची ती वस्तू बनवायची आहे तो पदार्थ पुरवावा लागतो. त्यानंतर माणसानं लेथवर ती वस्तू कापण्याऐवजी एनसी मशीन त्या डिझाइनप्रमाणे ती कापाकापी करतो एवढंच. मात्र, तरी त्यात वस्तू कापलीच जाते. म्हणून ते ‘सब्ट्रॅक्टिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग’ झालं. थ्री-डी प्रिंटिंग मात्र पूर्णपणे ‘अॅडिटिव्ह’ आहे. यामुळेच त्यात वस्तू वाया जात नाही, तर ती अॅड होत जाते.

आज मोटारगाडी, विमान, अवकाशयानातले पार्ट्‌स थ्री-डी प्रिंटिंगनं बनवता येण्याचे प्रयत्न सुरू आहेत. उदाहरणार्थ, EADS कंपनी विमानाच्या पंखांसारखे भाग थ्री-डी प्रिंटिंगनं बनवण्याचा प्रयत्न करते आहे. EADS च्या संशोधकांच्या मताप्रमाणं यामुळे विमानाचं वजन कमी होईल, खर्चही कमी होईल आणि कर्बवायूंचं उत्सर्जनही कमी होईल. म्हणून ते याला ‘ग्रीन टेक्नॉलॉजी’ असं म्हणताहेत. जनरल मोटर्सही थ्री-डी प्रिंटिंगनं जेट विमानांसाठी फ्युएल नोझल्स तयार करण्याच्या प्रयत्नात आहे.
सॅन फ्रान्सिस्कोमधल्या बीस्पोक प्रोस्थेटिक्स (Bespoke Prosthetics) ही कंपनी माणसाचे वेगवेगळे अवयव थ्री-डी प्रिटिंगनं बनवायचा प्रयत्न करते आहे. सुदानमधल्या एका हॉस्पिटलमध्ये प्रोस्थेटिक पाय बनवून ते १०० डॉलरला विकले जाताहेत. सन २०१२ मध्ये डॅनियल ओमर नावाच्या एका १४ वर्षीय मुलानं बॉंबहल्ल्यात आपले हात गमावले होते. त्याची कहाणी ‘नॉट इम्पॉसिबल लॅब’चा चीफ एक्झिक्युटिव्ह मिक एबेलिंगनं एका मासिकात वाचली आणि ओमरसारख्या कितीतरी गरजूंना स्वस्तात कृत्रिम अवयव उपलब्ध करून द्यावेत यासाठी त्यानं या हॉस्पिटलमध्ये चक्क एक थ्री-डी प्रयोगशाळाच उभारली. याशिवाय ऑटोडेस्क नावाची कंपनी आणि टोरांटो विद्यापीठाच्या संशोधकांनी अपघातात अवयव गमवलेल्या लोकांचं शरीर स्कॅन करून त्यांनी गमावलेल्या अवयवासारखाच नवा अवयव थ्री-डी प्रिंटिंगनं तयार करता येईल असं सॉफ्टवेअर तयार करणं लवकरच शक्य होईल असं सांगितलं आहे. यामध्ये वापरायची शाई मात्र टिश्यू कल्चर तंत्रानं प्रयोगशाळेत तयार केलेल्या माणसाच्या पेशी आणि रक्तवाहिन्या असतील! वॉल्टर रीड आर्मी मेडिकल सेंटरनं थ्री-डी प्रिंटरच्या साह्यानं काही मॉडेल्स निर्माण केली आहेत. ती सर्जन्सना ‘फेशियलरी कन्स्ट्रक्शन सर्जरी’साठी उपयोगी पडताहेत. उद्या थ्री-डी प्रिटिंगनं हात, कान, दात, हृदय, मूत्रपिंड आणि इतरही अवयव बनवले जातील.

थ्री-डी प्रिंटिंगचा उपयोग करून अनेक कलाकार फॅशन, फर्निचर आणि शिल्पं तयार करण्याच्या मार्गावर आहेत. टोरोल्फ सॉरमन यानं तर थ्री-डी प्रिंटिंग वापरून अनेक शिल्पं तयार केली आहेत! नेदरलँड्समधली ‘फ्रीडम ऑफ क्रिएशन’ (FOC) नावाची कंपनी थ्री-डी प्रिंटिंग वापरून कपड्यांच्या फॅशन्सची आणि अनेक तऱ्हेची उत्पादनं विकते. फिलिप्स, नोकिया, नायके आणि हुंडाई असे त्यांचे अनेक मोठे कॉर्पोरेट ग्राहक आहेत. आयरी सव्हॅन हर्पेन या डच फॅशन डिझायनरनं उद्याच्या कपड्यांच्या जगात थ्री-डी प्रिंटिंग वापरून प्रत्येकासाठी ‘कस्टमाइज्ड’ प्रकारचे कपडे काही सेंटिमीटरच्या अचूकतेनं तयार करता येणं शक्य आहे असं सांगितलं आहे.
अनेक वेबसाईट्स चक्क आपल्याला डिश वॉशर, घड्याळ अशा कोणत्याही मशीनचे पार्ट्‌स अगदी घरबसल्या निर्माण करण्याची सोय करून देतात. आपल्याला गरज असते ती फक्त थ्री-डी प्रिंटरची आणि या वेबसाईटवरून आपल्याला हवा तो प्लॅन डाउनलोड करण्याची. ‘थिंगीवर्स’ ही वेबसाईट तब्बल २,५०० प्रकारचे पार्ट्‌स आपल्यासाठी उपलब्ध करून देते.

उद्या घरबसल्या एका क्लिकवर वेगवेगळी रसायनं मिसळून आपल्याला हवं ते औषध किंवा हवं त्या चवीचं, आकाराचं चॉकलेट किंवा वेगवेगळ्या प्रकारचे खाद्यपदार्थ, अगदी आपल्याला हव्या त्या डिझाईनचं आणि किफायतशीर घरही तयार करता येईल. हे सगळं स्वप्नवत नाही. चीनमधली एक कन्स्ट्रक्शन कंपनी थ्री-डीचा वापर सिमेंटचे थर लावण्यासाठी आणि भिंती उभारण्यासाठी करते. शिवाय या प्रिंटिंगमध्ये एकदा वापरून झालेलं सिमेंट बारीक करून पुन्हा वापरता येत असल्यामुळे या घरांच्या किंमती खूपच कमी ठेवण्यात या कंपनीला यश आलंय. विशेष म्हणजे एका दिवसात अशी चक्क दहा घरं बांधून होतात. त्यामुळे हे तंत्रज्ञान याही क्षेत्राचा चेहरामोहरा बदलून टाकणार यात शंकाच नाही.

थ्री-डी प्रिंटिंग जसं आपल्याला वरदान आहे; तसंच ते गुन्हेगारी जगतालाही वरदान ठरू शकतं. कारण यातून बंदुका, तलवारी, बॉम्ब, माणसासाठी प्राणघातक अशी रसायनं आणि पुढे जाऊन चक्क माणूसही तयार करता येईल. सन २०१३ मध्ये एका अनार्किस्टनं थ्री-डी प्रिंटिंगचा उपयोग करून एक बंदूक तयार केली होती आणि विशेष म्हणजे एअरपोर्टच्या सिक्युरिटीत ती पकडली जाणार नाही यासाठी त्यानं बंदुकीची निर्मिती घेताना विशेष काळजी घेतली होती!

अर्थात एवढं असलं, तरी थ्री-डी प्रिंटिंगचे उपयोग अनंत आहेत; पण हे तंत्रज्ञान अजून महाग आहे. ते सर्वसामान्यांपर्यंत पोचलं, तर आपल्याला हे जग ओळखू येईनासं होईल यात शंकाच नाही!!