Druk 3D i rolnictwo: Nowe granice nowoczesnego rolnictwa

Rolnictwo od zarania dziejów stanowi fundament rozwoju cywilizacji. To dzięki uprawie roślin i hodowli zwierząt powstawały osady, miasta i społeczeństwa. Współcześnie, w obliczu zmian klimatycznych, rosnącej populacji i zapotrzebowania na zrównoważoną produkcję żywności, sektor rolny coraz częściej sięga po technologie przyszłości. Jedną z nich jest druk 3D (technologie przyrostowe) – rozwiązanie, które może zrewolucjonizować sposób, w jaki uprawiamy, monitorujemy i przetwarzamy żywność.

Czym jest druk 3D w rolnictwie?

Choć druk 3D nie pozostało powszechnym narzędziem w codziennej pracy rolników, to liczne projekty badawcze oraz aplikacje przemysłowe wyznaczają nowe kierunki jego rozwoju. Druk przyrostowy znajduje zastosowanie m.in. w produkcji części do maszyn, komponentów nawadniających, narzędzi, a choćby biokompatybilnych elementów do hodowli roślin.

Zastosowania druku 3D w rolnictwie

1. Produkcja maszyn rolniczych z wykorzystaniem technologii przyrostowej

Wzorując się na przemyśle motoryzacyjnym, niektóre firmy rolnicze wdrażają druk 3D w produkcji podzespołów maszyn. John Deere już w 2022 roku wydrukował ponad 4 000 części zamiennych, otwierając nowe możliwości szybkiej produkcji w centrum technologicznym w Mannheim.

Druk części zamiennych do sprzętu rolniczego – rolnictwo podąża drogą automotiwe.

Hiszpańska firma Teyme wykorzystuje technologię HP Multi Jet Fusion do tworzenia specjalistycznych elementów takich jak adaptery wylotów powietrza czy pozycjonery łopatek. To części wykorzystywane w produkowanych przez firmę opryskiwaczach.

2. Narzędzia i części dostosowane do indywidualnych potrzeb

Dzięki drukowi 3D możliwe jest tworzenie indywidualnie dopasowanych narzędzi, takich jak końcówki do systemów irygacyjnych, uchwyty, złączki czy przestarzałe części, których nie produkuje się już seryjnie.

Szybki wydruk w gospodarstwie eliminuje konieczność oczekiwania na dostawę części, ograniczając przestoje w pracach polowych.

3. Czujniki IoT i inteligentne systemy monitorowania

Rolnictwo precyzyjne opiera się na analizie danych z czujników – wilgotności gleby, temperatury, nasłonecznienia czy wiatru. Dzięki drukowi 3D możliwa jest produkcja obudów i struktur dla sensorów, idealnie dopasowanych do konkretnego terenu czy warunków upraw.

4. Drukowane drony i roboty rolnicze

Automatyzacja w rolnictwie to nie tylko GPS i maszyny autonomiczne, ale również drukowane drony i roboty. Przykładem jest włoska firma Soleon, która stworzyła dron do naturalnego zwalczania szkodników (omacnicy prosowianki) – zamiast chemii użyto larw osy Trichogramma. Dron został wydrukowany w PA12 metodą SLS dzięki współpracy z firmą Materialise.

5. Ekologiczne pojemniki na sadzonki

Druk 3D umożliwia tworzenie biodegradowalnych doniczek i pojemników dla rozsady. Redukuje to ślad środowiskowy i ułatwia sadzenie bez konieczności przesadzania roślin.

6. Elementy systemów nawadniania

Dzięki drukowi 3D można zoptymalizować konstrukcje zraszaczy, dysz, złączek, tak by zużywać mniej wody i lepiej dostosować się do lokalnych potrzeb upraw.

7. Pułapki na owady i systemy ochrony roślin

Rolnicy mogą drukować specjalistyczne pułapki feromonowe, które celują w konkretne gatunki szkodników, redukując potrzebę stosowania pestycydów. Tego typu systemy można idealnie dostosować do warunków środowiskowych.

Druk 3D w badaniach rolniczych

Nowoczesne materiały: 4D Printing i biodegradowalne polimery

4D printing to nowa odsłona druku 3D, w której obiekty zmieniają kształt pod wpływem warunków zewnętrznych, jak wilgoć, światło czy temperatura. Uniwersytet w Patras oraz Instytut Technologii w Genui udowadniają, iż 4D printing może przyczynić się do rozwoju biodegradowalnych agrowłóknin, opakowań, siatek cieniujących i pokryć szklarniowych. Wciąż jednak jest to technologia niszowa.

Badania gleby i modelowanie struktur glebowych

Uniwersytet w Padwie wydrukował modele glebowe na podstawie skanów mikro-tomograficznych. Dzięki temu naukowcy mogli analizować przepuszczalność, strukturę porów i zachowanie gleby w różnych warunkach.

Z kolei zespół z Uniwersytetu Virginii stworzył wydrukowane struktury gleby, w których rośliny kiełkowały i rosły – badania skupiały się na tzw. „zielonych dachach”, ale wyniki można przełożyć na rolnictwo miejskie.

Źródło: European Journal of Soil Science

Fenotypowanie roślin

Wspólne badanie Uniwersytetu w Bonn i Instytutu Badań nad Burakiem Cukrowym (IFZ) zaowocowało modelem buraka cukrowego wydrukowanym w technologii FDM, który służy jako odniesienie w pomiarach i analizie danych. Dzięki temu naukowcy mogą szybciej analizować reakcje roślin na zmienne środowiskowe.

Źródło: GigaScience – Oxford University Press

Druk 3D w pszczelarstwie – ochrona kluczowych zapylaczy

Pszczoły odpowiadają za zapylenie 75% upraw. Kryzys zapylaczy zagraża stabilności globalnego rolnictwa. Fundacja LACRIMA z Wielkiej Brytanii stworzyła biodegradowalne ule z kompozytu drewnianego przy użyciu druku FDM. Ule zapewniają pszczołom odpowiedni mikroklimat i redukują stres środowiskowy.

Ul wydrukowany z filamentu BioWood Źródło: LACRIMA

Dzięki takim inicjatywom rolnicy i pszczelarze mogą wspólnie pracować nad zwiększeniem plonów oraz ochroną bioróżnorodności.

Co ważne, niemal każdy właściciel drukarki 3D może aktywnie wspierać pszczelarstwo i ochronę zapylaczy. W sieci dostępne są setki projektów – w większości darmowych – takich jak poidła dla owadów zapylających, hotele dla dzikich pszczół, budki lęgowe czy osłony przed drapieżnikami. Wydruk takich elementów to proste i szybkie zadanie, które może mieć realny wpływ na poprawę warunków życia pożytecznych owadów w naszym otoczeniu.

Pułapka do druku – Printables – Snail Slug Trap autorstwa firstgizmo

Przyszłość druku 3D w rolnictwie

Choć wiele przykładów pochodzi z laboratoriów i projektów badawczych, potencjał druku 3D w rolnictwie jest ogromny. Z jednej strony technologia pozwala obniżyć koszty, skrócić czas produkcji i dostosować narzędzia do indywidualnych potrzeb. Z drugiej – pozwala rozwijać nowe rozwiązania z zakresu ekologii, ochrony środowiska i automatyzacji.

Rolnictwo przyszłości będzie nie tylko cyfrowe, ale też przyrostowe. Wraz z dalszym rozwojem materiałów, maszyn i oprogramowania, można spodziewać się coraz większej adaptacji druku 3D – zarówno w gospodarstwach rodzinnych, jak i przemysłowych farmach.

Podsumowanie

• Rolnictwo i druk 3D to połączenie tradycji z innowacją.
• Zastosowania obejmują: maszyny, drony, czujniki, narzędzia, uprawy, ule i badania naukowe.
• Dzięki drukowi 3D rolnicy zyskują dostęp do szybszej i tańszej produkcji komponentów.
• Technologie przyrostowe wspierają zrównoważony rozwój, ochronę środowiska i nowoczesne zarządzanie uprawami.
  

W czasach, gdy wydajność, ekologia i innowacja to trzy filary rozwoju agrokultury, druk 3D okazuje się nie tylko ciekawostką, ale realnym narzędziem przyszłości.