কীভাবে স্তরে স্তরে উপাদান যোগ করে তৈরি হয় ত্রিমাত্রিক বস্তু, এবং এই প্রযুক্তি কেন পাল্টে দিচ্ছে শিল্প ও জীবনযাত্রার চেহারা
কল্পনা থেকে বাস্তবে: থ্রিডি প্রিন্টিংয়ের জগৎ
কল্পবিজ্ঞানের গল্পে যেমন কোনো যন্ত্র থেকে ইচ্ছেমতো জিনিস বানিয়ে ফেলা হয়, থ্রিডি প্রিন্টিং অনেকটা সেই স্বপ্নকেই বাস্তবে পরিণত করেছে। আজকের দিনে এই প্রযুক্তি ব্যবহার করে মানুষ তৈরি করছে যন্ত্রাংশ, ওষুধ, খাবার, বাড়িঘর, এমনকি মহাকাশযানের জটিল পার্টস এমনকি কৃত্রিম মানব অঙ্গও! থ্রিডি প্রিন্টিং আসলে কী, কীভাবে কাজ করে, এবং কেন এটি এত গুরুত্বপূর্ণ? চলুন সহজ ভাষায় জেনে নিই।
থ্রিডি প্রিন্টিং মানে কী?
থ্রিডি প্রিন্টিং হলো একটি ‘অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং’ (Additive Manufacturing) প্রক্রিয়া। সহজ বাংলায় বলতে গেলে, এটি এমন একটি কৌশল যেখানে কোনো ডিজিটাল নকশা থেকে একটি ত্রিমাত্রিক (3D) বস্তু তৈরি করা হয় স্তরে স্তরে উপাদান যোগ করে। ঠিক যেমন লেগো ব্লক দিয়ে একটার পর একটা স্তর সাজিয়ে কিছু বানানো হয়, তেমনি থ্রিডি প্রিন্টারও গলিত প্লাস্টিক, ধাতু বা অন্য কোনো উপাদান দিয়ে হাজার হাজার পাতলা স্তর তৈরি করে একটি সম্পূর্ণ বস্তু বানায়।
প্রচলিত উৎপাদন পদ্ধতিতে (যেমন সিএনসি মেশিনিং বা মিলিং) একটি বড় ব্লক থেকে অপ্রয়োজনীয় অংশ কেটে ফেলে চূড়ান্ত আকার দেওয়া হয় যা হচ্ছে ‘সাবট্র্যাক্টিভ ম্যানুফ্যাকচারিং’। কিন্তু থ্রিডি প্রিন্টিংয়ে ঠিক উল্টো, এতে শূন্য থেকে শুরু করে আস্তে আস্তে উপাদান জমিয়ে বস্তু তৈরি হয়। ফলে অপচয় অনেক কম।
ইতিহাসের পাতা থেকে
থ্রিডি প্রিন্টিং প্রযুক্তি আবিষ্কৃত হয়েছিল ১৯৮০-র দশকে, এমনকি ইন্টারনেটের আগে! চাক হাল (Chuck Hull) নামে একজন প্রকৌশলী ১৯৮৩ সালে প্রথম ‘স্টেরিওলিথোগ্রাফি’ (Stereolithography বা SLA) পদ্ধতি উদ্ভাবন করেন। শুরুতে এই প্রিন্টারগুলো ছিল বিশাল এবং দামি, শুধুমাত্র বড় কোম্পানিগুলো এগুলো ব্যবহার করত প্রোটোটাইপ তৈরিতে। একে বলা হতো ‘র্যাপিড প্রোটোটাইপিং’। কিন্তু তিন দশকের বেশি উন্নতির পর, আজ থ্রিডি প্রিন্টার এতটাই সাশ্রয়ী ও সহজলভ্য হয়ে উঠেছে যে স্কুল-কলেজ থেকে শুরু করে কারখানা, হাসপাতাল, এমনকি বাড়িতেও মানুষ এটি ব্যবহার করছে।
কীভাবে কাজ করে একটি থ্রিডি প্রিন্টার?
থ্রিডি প্রিন্টিং প্রক্রিয়া মূলত তিনটি ধাপে সম্পন্ন হয়:
১. থ্রিডি মডেল ডিজাইন করা
সবার আগে দরকার একটি ডিজিটাল নকশা। এজন্য ব্যবহার করা হয় ক্যাড সফটওয়্যার (CAD – Computer Aided Design)। অটোক্যাড (AutoCAD) এর মতো সফটওয়্যার দিয়ে ডিজাইনাররা সূক্ষ্মভাবে প্রতিটি মাপ ঠিক করে একটি ত্রিমাত্রিক মডেল তৈরি করেন।
এই সফটওয়্যার এতটাই নিখুঁত যে দাঁতের ব্রেসিস থেকে শুরু করে রকেটের জটিল যন্ত্রাংশ পর্যন্ত সবকিছুই এতে ডিজাইন করা যায়। যদি কোনো বস্তু ইতিমধ্যে থেকে থাকে, তাহলে সেটি থ্রিডি স্ক্যানার দিয়ে স্ক্যান করে নিয়েও ডিজিটাল ফাইল তৈরি করা যায়।
২. মডেলটিকে স্লাইস করা
ডিজাইন হয়ে গেলে এবার সেটিকে প্রিন্টারের ভাষায় অনুবাদ করতে হয়। এজন্য ব্যবহার করা হয় ‘স্লাইসিং সফটওয়্যার’। এই সফটওয়্যার মডেলটিকে শত শত বা হাজার হাজার পাতলা স্তরে ভেঙে ফেলে ঠিক যেন একটি রুটি পাতলা করে কেটে নেওয়া হলো।
আলটিমেকার কিউরা (UltiMaker Cura) হলো এমনই একটি জনপ্রিয় ফ্রি সফটওয়্যার, যা বিশ্বজুড়ে লাখো মানুষ ব্যবহার করেন। স্লাইসার প্রিন্টারকে বলে দেয় কোথায় কতটা ম্যাটেরিয়াল দিতে হবে, কোন দিকে নজল (nozzle) নড়াচড়া করবে, এবং কীভাবে বস্তুর ভেতরের কাঠামো তৈরি করতে হবে যাতে সেটা মজবুত হয়।
চূড়ান্ত ফাইলটি ‘জি-কোড’ (G-code) আকারে থাকে যা মূলত প্রিন্টারের জন্য একগুচ্ছ নির্দেশনা, যাতে লেখা থাকে এক্স, ওয়াই এবং জেড অক্ষে (X, Y, Z) কীভাবে নড়তে হবে।
৩. প্রিন্টিং শুরু
এবার মূল কাজ শুরু। প্রিন্টার তার নজল বা লেজার দিয়ে স্তরে স্তরে উপাদান জমাতে থাকে। প্রতিটি স্তর শুকিয়ে বা শক্ত হয়ে যাওয়ার পর তার ওপর পরবর্তী স্তর বসে এবং এভাবে চলতে থাকে যতক্ষণ না পুরো বস্তুটি তৈরি হয়ে যায়।
একটি সাধারণ জিনিস (যেমন একটি বক্স বা বল) প্রিন্ট করতে কয়েক ঘণ্টা লাগতে পারে, আর জটিল কিছু (যেমন একটি পূর্ণাঙ্গ বাড়ি!) তৈরি করতে সপ্তাহ বা মাস লেগে যায়।
থ্রিডি প্রিন্টারের প্রকারভেদ
থ্রিডি প্রিন্টিংয়ের বিভিন্ন পদ্ধতি রয়েছে, যার প্রতিটি ভিন্ন কাজের জন্য উপযুক্ত:
ফিউজড ডিপোজিশন মডেলিং (FDM)
এটি সবচেয়ে জনপ্রিয় এবং সহজ পদ্ধতি। এতে একটি গরম নজল দিয়ে প্লাস্টিক ফিলামেন্ট (সুতার মতো) গলিয়ে স্তরে স্তরে জমানো হয়। উপাদানটি তাৎক্ষণিক শক্ত হয়ে যায়। এটি সস্তা এবং ঘরে বসে ব্যবহারের জন্য আদর্শ।
স্টেরিওলিথোগ্রাফি (SLA)
এতে তরল রেজিন (Resin) ব্যবহার করা হয়, এবং অতিবেগুনী (UV) লেজার দিয়ে সেই তরলকে শক্ত করা হয় স্তরে স্তরে। এই পদ্ধতিতে অত্যন্ত সূক্ষ্ম এবং মসৃণ বস্তু তৈরি করা যায়।
সিলেক্টিভ লেজার সিন্টারিং (SLS)
এতে পাউডার আকারে উপাদান (যেমন নাইলন বা ধাতু) ব্যবহার করা হয়। উচ্চ ক্ষমতাসম্পন্ন লেজার সেই পাউডারকে গলিয়ে জোড়া লাগায়। এই পদ্ধতিতে তৈরি অংশগুলো খুবই মজবুত হয়।
বাইন্ডার জেটিং এবং ম্যাটেরিয়াল জেটিং
এগুলোতে ইঙ্কজেট প্রিন্টারের মতো পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়। বাইন্ডার জেটিংয়ে পাউডারের ওপর তরল বাইন্ডার স্প্রে করা হয়, আর ম্যাটেরিয়াল জেটিংয়ে সরাসরি তরল উপাদান ফোঁটায় ফোঁটায় ফেলা হয় এবং ইউভি লাইট দিয়ে শক্ত করা হয়।
ডাইরেক্টেড এনার্জি ডিপোজিশন
এই উন্নত পদ্ধতিতে ধাতব পাউডার একটি নজল দিয়ে বের করে সাথে সাথে লেজার বা ইলেকট্রন বিম দিয়ে গলিয়ে জোড়া লাগানো হয়। এটি মহাকাশ শিল্পে বিশেষ জনপ্রিয়।
কী কী উপাদান ব্যবহার করা যায়?
থ্রিডি প্রিন্টিং শুধু প্লাস্টিকেই সীমাবদ্ধ নয়। বিভিন্ন উদ্দেশ্যে ভিন্ন ভিন্ন উপাদান ব্যবহৃত হয়:
শুরুর পর্যায়ের উপাদান
পিএলএ (PLA): উদ্ভিজ্জ উৎস থেকে তৈরি, সহজে প্রিন্ট করা যায়। নতুনদের জন্য আদর্শ, তবে তাপ সহনশীলতা কম।
পিইটিজি (PETG): ভালো শক্তি, রাসায়নিক প্রতিরোধ এবং তাপ সহনশীলতার সমন্বয়। প্রকৌশলীদের পছন্দের উপাদান।
প্রকৌশল উপাদান
নাইলন: দুর্দান্ত শক্তি এবং রাসায়নিক প্রতিরোধ ক্ষমতা। চাপ সহ্য করতে পারে এমন যন্ত্রাংশের জন্য উপযুক্ত।
এবিএস (ABS): উচ্চ তাপমাত্রা এবং যান্ত্রিক চাপ সামলাতে পারে। লেগো ব্লক এই উপাদান দিয়ে তৈরি!
নমনীয় উপাদান
টিপিইউ (TPU): রবারের মতো নমনীয়, ধাক্কা সামলাতে পারে। জুতার সোল, ফোন কভার তৈরিতে ব্যবহৃত।
বিশেষ উপাদান
কম্পোজিট ফিলামেন্ট: কার্বন ফাইবার, কাচ বা ধাতুর গুঁড়া মেশানো থাকে শক্তি বাড়ানোর জন্য। এছাড়া কাঠ, সিরামিক বা এমনকি অন্ধকারে জ্বলা উপাদানও পাওয়া যায়!
ধাতু: স্টেইনলেস স্টিল, টাইটেনিয়াম, অ্যালুমিনিয়াম ইত্যাদি দিয়ে এখন সরাসরি যন্ত্রাংশ প্রিন্ট করা সম্ভব। প্রিন্টিংয়ের পর ডিবাইন্ডিং এবং সিন্টারিং নামক প্রক্রিয়ার মাধ্যমে চূড়ান্ত শক্ত ধাতব অংশ পাওয়া যায়।
থ্রিডি প্রিন্টিংয়ের সুবিধা
দ্রুত উৎপাদন এবং নমনীয়তা
প্রচলিত পদ্ধতিতে একটি প্রোটোটাইপ বানাতে সপ্তাহ লেগে যায়। কিন্তু থ্রিডি প্রিন্টারে মাত্র কয়েক দিনেই ডিজাইন করা, তৈরি করা, পরীক্ষা করা এবং পরিবর্তন করা সম্ভব। ফলে কোম্পানিগুলো দ্রুত বাজারে পণ্য ছাড়তে পারে।
জটিল ডিজাইনের স্বাধীনতা
থ্রিডি প্রিন্টিংয়ে এমন জটিল আকার বানানো যায় যা প্রচলিত কাটাছেঁড়ার পদ্ধতিতে অসম্ভব। হালকা ওজনের শক্তিশালী অংশ, ফাঁপা কাঠামো সহজেই তৈরি করা যায়।
কম খরচে কাস্টমাইজেশন
প্রতিটি গ্রাহকের জন্য আলাদা ডিজাইন প্রিন্ট করতে অতিরিক্ত খরচ হয় না। ফলে ব্যক্তিগত চাহিদা অনুযায়ী পণ্য তৈরি সহজ হয়ে গেছে।
সাপ্লাই চেইনে কম নির্ভরশীলতা
যন্ত্রাংশের জন্য বিদেশ থেকে আমদানির অপেক্ষা না করে স্থানীয়ভাবে প্রয়োজন মতো প্রিন্ট করে নেওয়া যায়। এতে সময় ও খরচ উভয়ই বাঁচে।
পরিবেশবান্ধব
কাটাছেঁড়ার তুলনায় থ্রিডি প্রিন্টিংয়ে উপাদানের অপচয় অনেক কম। স্থানীয় উৎপাদনের ফলে পরিবহন কমে, ফলে কার্বন নিঃসরণও কমে।
থ্রিডি প্রিন্টিংয়ের কিছু সীমাবদ্ধতা
গতি: বড় পরিমাণে উৎপাদনের জন্য এখনও ইনজেকশন মোল্ডিংয়ের মতো পদ্ধতিই দ্রুততর।
ফিনিশিং: প্রিন্ট করা বস্তুতে মাঝে মাঝে স্তরের দাগ দেখা যায়, যা মসৃণ করতে অতিরিক্ত কাজ লাগে।
আকারের সীমা: প্রিন্টারের আকারের চেয়ে বড় কিছু সরাসরি প্রিন্ট করা যায় না। তবে মডুলার ডিজাইন করে অংশে অংশে প্রিন্ট করা সম্ভব।
আইনি জটিলতা: বৌদ্ধিক সম্পত্তি এবং কপিরাইট নিয়ে নতুন ধরনের সমস্যা তৈরি হচ্ছে, যা সমাধানে আইনি কাঠামো এখনও বিকশিত হচ্ছে।
কোথায় কোথায় ব্যবহার হচ্ছে থ্রিডি প্রিন্টিং?
চিকিৎসা ক্ষেত্রে
এমআরআই স্ক্যান থেকে রোগীর অঙ্গের মডেল তৈরি করে সার্জনরা জটিল অপারেশনের পূর্বাভ্যাস করতে পারেন। কৃত্রিম অঙ্গ, দাঁতের ব্রেসিস, এমনকি জীবন্ত কোষ দিয়ে টিস্যু প্রিন্টিং সবই চলছে।
মহাকাশ শিল্পে
রকেটের জটিল এবং হালকা যন্ত্রাংশ তৈরিতে থ্রিডি প্রিন্টিং অপরিহার্য। ভবিষ্যতে মহাকাশ স্টেশনে প্রয়োজনীয় জিনিস সরাসরি প্রিন্ট করা হবে।
গাড়ি শিল্পে
গাড়ির প্রোটোটাইপ এবং কাস্টম পার্টস তৈরিতে ব্যবহার হচ্ছে। এমনকি পুরনো গাড়ির খুচরা যন্ত্রাংশ প্রিন্ট করে নেওয়া সম্ভব।
ভোক্তা পণ্য
জুতা, চশমা, গহনা, খেলনা সবকিছুতেই কাস্টমাইজেশন সম্ভব হচ্ছে থ্রিডি প্রিন্টিংয়ের মাধ্যমে। কিছু দোকানে গ্রাহকরা অপেক্ষা করতে করতেই তাদের পছন্দমতো পণ্য পেয়ে যাচ্ছেন।
প্রতিরক্ষা ক্ষেত্রে
যুদ্ধক্ষেত্রে দূরবর্তী এলাকায় প্রয়োজনীয় যন্ত্রাংশ সাথে সাথে তৈরি করে নেওয়া সম্ভব, যা সৈন্যদের প্রস্তুতি বাড়ায়।
শিক্ষা ক্ষেত্রে
বিজ্ঞান, প্রযুক্তি, প্রকৌশল এবং গণিত (STEM) শিক্ষায় থ্রিডি প্রিন্টিং চমৎকার হাতেকলমে শেখার সুযোগ দেয়। জটিল ধারণাগুলো স্পর্শ করে বোঝা যায়।
নির্মাণ ক্ষেত্রে
বিশেষ কংক্রিট দিয়ে পুরো বাড়ি প্রিন্ট করা সম্ভব হয়েছে! চীন, নেদারল্যান্ডস এবং আমেরিকায় ইতিমধ্যে এমন বাড়ি তৈরি হয়েছে।
থ্রিডি প্রিন্টারের দাম কত?
থ্রিডি প্রিন্টারের দাম তার ধরন এবং ব্যবহারের ওপর নির্ভর করে। শখের প্রিন্টারগুলো মাত্র ১০০ থেকে ৫০০ ডলারে পাওয়া যায়। উন্নত মডেল ৩০০ থেকে ৫,০০০ ডলার পর্যন্ত হতে পারে। আর শিল্প-মানের প্রিন্টারের দাম এক লাখ ডলার ছাড়িয়ে যায়।
ভবিষ্যৎ কী বলছে?
থ্রিডি প্রিন্টিং প্রযুক্তি এখনও বিকশিত হচ্ছে। প্রতিদিন নতুন নতুন উপাদান আবিষ্কৃত হচ্ছে, প্রিন্টিং গতি বাড়ছে, এবং আরও জটিল বস্তু তৈরি সম্ভব হচ্ছে। কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা (Artificial Intelligence) এবং ক্লাউড কম্পিউটিংয়ের সাথে মিলিত হয়ে থ্রিডি প্রিন্টিং হয়ে উঠছে আরও স্বয়ংক্রিয় এবং ব্যবহারবান্ধব।
রিমোট প্রিন্টিং সিস্টেমের মাধ্যমে এখন দূর থেকেই প্রিন্টার নিয়ন্ত্রণ করা যায়। আলটিমেকার ডিজিটাল ফ্যাক্টরির মতো ক্লাউড-ভিত্তিক সরঞ্জাম ব্যবহার করে আপনি বিশ্বের যেকোনো প্রান্ত থেকে প্রিন্ট শুরু করতে পারেন, টিম মেম্বারদের সাথে ডিজাইন শেয়ার করতে পারেন, এবং রিয়েল টাইমে কাজের অগ্রগতি দেখতে পারেন।
কী শিখলাম?
থ্রিডি প্রিন্টিং শুধু একটি প্রযুক্তি নয়, এটি একটি বিপ্লব। এটি পরিবর্তন করছে আমরা কীভাবে জিনিস তৈরি করি, কীভাবে সমস্যা সমাধান করি, এবং কীভাবে কল্পনাকে বাস্তবে রূপ দিই। আশির দশকের বিশাল যন্ত্র থেকে শুরু করে আজকের সহজলভ্য ডেস্কটপ প্রিন্টার পর্যন্ত এই যাত্রা অসাধারণ। বাংলাদেশেও এই প্রযুক্তি ধীরে ধীরে জনপ্রিয় হচ্ছে। শিক্ষা প্রতিষ্ঠান, স্টার্টআপ এবং ছোট কারখানাগুলো এর সম্ভাবনাকে কাজে লাগাচ্ছে। হয়তো খুব শীঘ্রই আমরাও ঘরে বসে নিজের ডিজাইন করা জিনিস প্রিন্ট করে নিতে পারব। থ্রিডি প্রিন্টিং কেবল প্রযুক্তি নয়, এটি স্বপ্ন দেখার এবং সেই স্বপ্ন পূরণের একটি নতুন মাধ্যম।
সূত্র: বিল্ট ইন, আলটিমেকার
