Na 55. mezinárodním strojírenském veletrhu, který se ve dnech 7. až 11. října uskutečnil v Brně, byla v doprovodném programu velkým lákadlem prezentace 3D tisku, perspektivní technologie 21. století.
S odbornými konferencemi o digitálním prototypování a 3D tisku se v poslední době doslova roztrhl pytel. A tak je zcela logické, že v průběhu této významné veletržní akce nemohla po úspěšné loňské premiéře chybět ani dvoudenní odborná konference 3D Print Days, konaná v kongresovém pavilonu E a doplněná malou výstavou v předsálí pavilonu P. Hovořilo se zde například o zařízeních a technologiích pro 3D tisk, o 3D tisku kovů, technologii 3D tisku při vývoji a výrobě letadel, aplikaci 3D tisku při vývoji a výrobě automobilových světlometů, efektivitě nasazení aditivních technologií při vývoji optoelektronických systémů, 3D optických skenerech a aplikacích, aditivních technologiích při návrhu a výrobě implantátů, 3D tisku funkčních prototypových modelů ve vývoji špičkové audiovizuální techniky, ale třeba i o 3D tiskárnách v procesu designových návrhů a prototypových modelů kuchyňského vybavení či o přínosu 3D tisku ve výtvarném umění.
Takto lze tavit plast či kovový drát…
3D tisk je metoda, jejímž prostřednictvím se na základě předlohy vytvořené ve zvláštním počítačovém programu vyrábějí bez obrábění, lití nebo tváření trojrozměrné produkty z nejrůznějších materiálů. V podstatě jde o zjednodušené označení pro takzvanou aditivní výrobu, kdy výsledný produkt vzniká ve speciálních zařízeních (3D tiskárnách) postupným nanášením stavebního materiálu po velmi tenkých vrstvách vzájemně spojených zpravidla tavením či lepením. Takto lze tavit plast či kovový drát, ale je též možné laserem spékat práškový materiál, tento úkon provádět přesnou světelnou polymerizaci a podobně. Dnes už existuje řada různých způsobů trojrozměrného tisku a také škála používaných materiálů se neustále rozšiřuje.
Stroj nejprve nanese několik vrstev podpůrného materiálu proto, aby se dala hotová součást snadno a bez poškození oddělit od pracovní desky. Po vytvoření tohoto základu pak už pokračuje v její stavbě vrstvu po vrstvě. Po skončení stavby a vyjmutí součásti je třeba oddělit podpory a očistit ji od zbytků nespojeného polotovaru. Dokončovací úpravy zahrnují hlavně operace, které upravují konečnou podobu povrchu.
Necháme vám vytisknout nové zuby
Původním motivem rozvoje 3D tisku byla rychlá výroba prototypů, takže zejména velké přístroje slouží ve strojírenství k tomuto účelu. Tato jeho významná role (jak mimo jiné názorně ukázal i letošní mezinárodní strojírenský veletrh v Brně) má sice stále zásadní postavení, ale v současnosti tvoří již jen přibližně třetinu využití 3D tisku. 3D tisk oceňují při práci mnozí architekti a sochaři. Módní průmysl tyto technologie využívá ve šperkařství, ale také třeba při vývoji obuvi. Osobní 3D tiskárny využívají samostatně pracující konstruktéři, designéři či zubní laboranti, smysl mají i ve školství. V medicíně lze takto zhotovit kostní náhrady. Lékaři experimentují s tiskem orgánů určených k transplantaci, vědci i s tiskem jednotlivých molekul a buněk, což by mohlo vést k převratné možnosti vytvářet živé tkáně a tak dále.
Do budoucna se jako perspektivní jeví rovněž rozvoj takzvaného komunitního 3D tisku, prostorové obdoby současných copy center, kde si zákazník bude moci zadat kusovou výrobu například rozbité součástky nebo originálního dárku. Během několika minut lze podle vlastního návrhu vytisknout kladivo s elegantním topůrkem dřevěného vzhledu a kovovou hlavou. (Není totiž nic snazšího, než naskenovat klasické kladivo, v počítači ho upravit a zmáčknout tlačítko tisk). Dokonce už i z běžného kancelářského papíru je možno vytisknout prostorový model krajiny.
S přesností na miliardtiny metru
Odborníci z Technické univerzity ve Vídni například představili postup, při němž technikou dvoufotonové litografie vytiskli ve velmi krátkém čase mikroobjekty o velikosti několika set nanometrů (miliardtin metru). Vídeňská tiskárna místo plastu používá pryskyřici, kterou vytvrzuje laserový paprsek. Když narazí na pryskyřici, vyvolá řetězovou reakci, která tekutou látku promění v tuhou jen v místě s nejvyšší intenzitou paprsku. Dosavadní obdobné tiskárny tiskly objekty nejen v hrubším rozlišení, ale také o dost pomaleji. V hamburském studiu Twinkind místo fotoalb tisknou na přání zákazníků metodou 3D tisku miniaturní fotofigurky s věrnou trojrozměrnou podobiznu konkrétních lidí a zvířat. A četné další nápady a inspirace i ze světa komerce, jak se zdá, zdaleka ještě nejsou vyčerpány.
Největší 3D tiskárna svého druhu stojí na Moravě
Technologie trojrozměrného tisku se dynamicky vyvíjí a toto perspektivní odvětví nachází uplatnění ve stále více oborech včetně průmyslové výroby. Podle statistik jen v roce 2012 celosvětový trh s 3D tiskem meziročně vzrostl o 28,6 % na více než 2,2 miliardy dolarů. Není bez zajímavosti, že v tomto směru nejsou firmy v ČR někde na chvostu a že dokonce v řadě případů drží krok se světovým vývojem. Dnes již existují i tuzemské podniky, které prodávají stroje vlastní výroby. Dokonce největší 3D tiskárnu na světě modelující výrobky z termoplastu vytvořené roztavenou plastovou strunou představila právě na letošním mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně společnost 3D Factories patřící pod firmu Aroja z jihomoravské Strážnice na Hodonínsku. Její 3D tiskárna nese název Maxi a tento stroj dokáže vytisknout model až o rozměru jednoho kubického metru. Společnost patří v současnosti k nejaktivnějším na poli technologie 3D tisku v České republice.
Standardně se ale tiskne v řádu hodin
Společnou výhodou 3D tisku je možnost kusově vyrábět věci a tvary, které by konvenčními technologiemi, například obráběním, ani vyrobit nešlo – a to zpravidla při výrazně nižších nákladech. Samozřejmě, podle technologické a tím i finanční náročnosti se liší kvalita výsledných produktů, ale stále se pro ně nacházejí další a další možnosti uplatnění. Významným faktorem bývá rychlost. Společnost Laser Prototypes dokonce na počátku devadesátých let tyto technologie propagovala heslem overnight prototypes (prototypy přes noc). To je sice jen symbolické vyjádření, neboť realita bývá často jiná, ale i tak o něčem vypovídá. Doba tisku prototypu závisí na řadě okolností, třeba nastavení vrstvení materiálu. Standardně se ale tiskne v řádu hodin, což je stále o celé dny či dokonce týdny rychlejší než za použití klasických postupů výroby. Podstatné je, že nezřídka i malá inovace ve výrobní technologii může ve výsledku znamenat výhodu na trhu. A tímto výrobním postupem lze snadněji překlenout i tvarovou složitost navrhovaných výrobků. (Dnes není problém vytisknout během jedné operace celý mechanismus, který je kompletně pohyblivý).
3D tisk dále napomáhá redukovat výdaje za zásoby, neboť není třeba skladovat různé polotovary. Umožňuje větší flexibilitu při inovování výrobku (změny lze zavést do výroby bez zbytečných průtahů) a podobně.
Hlavním přínosem 3D tisku je tedy cena a rychlost vývoje prototypů. Ale není možné zapomínat ani na skutečnost, že lze takto tisknout výrobky, které jsou třeba obráběním nevyrobitelné.
Ekonomické aspekty: zlevňuje se brutálně
Malou či menší tiskárnu využívající tuto technologii lze pořídit už zhruba od dvaceti tisíc a její obsluha je velmi jednoduchá. To je významný pokrok, neboť ceny osobních tiskáren za posledních deset let výrazně klesly. Ještě v roce 2003 stál nejlevnější model asi milion korun, pak se tato zařízení radikálně zlevnila. Ceny profesionálních 3D tiskáren se pohybují v rozptylu od stovek tisíc až po miliony korun.
K jejich cenové regresi nahrává pokles cen nákladových položek, jež jsou s nimi spojeny. Mohou tak nabízet své služby stále levněji a činit je dostupnými pro rostoucí okruh uživatelů, což je lákavé i pro investory, kteří se rádi nechají unášet na vlnách technologických trendů. Během posledních deseti let se 3D tiskárny nejen zlevňují, ale i zvětšují. Vznikly tak dvě hlavní kategorie: 3D hobby tiskárny a větší výrobní systémy. Jedná se o tiskárny, které se snaží dohonit obráběcí stroje a nahradit výrobu.
Jak ale s dodržováním práv k intelektuálnímu vlastnictví
Podle nových údajů (2013), zveřejněných prestižní analytickou společností Gartner, se prodej 3D tiskáren s cenou nižší než 100 tisíc dolarů letos oproti předchozímu roku celosvětově zvýší o 49 procent. To je významný posun.
Celkově se podle jejích odhadů prodá 56 507 jednotek. Tento vzestup zájmu firem i spotřebitelů Gartner přisuzuje zejména výraznému růstu kvality a výkonu tiskáren. Trhu se prý bude dařit i v dalších letech. V roce 2014 se podle odhadů prodá 98 065 jednotek a v roce 2015 se prodej opět téměř zdvojnásobí. S rostoucími prodeji a zvyšující se konkurencí bude podle Gartneru v následujících letech klesat průměrná cena 3D tiskáren. Analytici očekávají, že v roce 2015 bude 50 největších retailerů nabízet 3D tiskárny ve svých kamenných i on-line prodejnách. Na konci roku 2017 bude nejméně sedm z deseti nejvýznamnějších světových multikanálových resellerů požívat technologie 3D tisku pro uspokojení objednávek zákazníků. 3D tisk ovšem – což je odvrácená strana mince – v roce 2018 ponese i stomiliardové roční ztráty související s problémy s dodržováním práv k intelektuálnímu vlastnictví.
3D tiskárny zařadil Gartner mezi TOP 10 technologických trendů pro příští rok. V souvislosti s 3D tiskem se někdy také mluví o další průmyslové revoluci. Do pěti let by mohl prorazit i v průmyslové výrobě a stát se konkurentem obráběcích strojů. Další léta ukáží, zda je tomu skutečně tak.
