Ještě na počátku osmdesátých let dvacátého století se 3D tiskárny mohly zdát pojmem ze světa science-fiction. Snilo se o vizi tzv. replikátorů na principu rozložení věcí i živých bytostí na atomy, jejich dálkovém přenosu a následném složení do původní podoby. Replikátory se objevily například v televizním seriálu Star Trek, kde byla předvedena zařízení, která mohou vytvářet potraviny a další předměty. Ne náhodou proto právě newyorská firma MarketBot pojmenovala svou 3D tiskárnu shodným názvem. Není sice schopna okamžitě stvořit třeba šálek i s vroucím a voňavým čajem (jen se napít), ale při tisku využívá speciální plastickou hmotu. Během demonstrace na světové výstavě CES (v plném názvu Consumer Electronics Show, což je světově největší veletrh spotřební elektroniky) v Las Vegas, která se počátkem ledna 2012 konala v USA, vytvořil Replicator za dvacet minut nový otvírač lahví, ale i řadu dalších výrobků.
3D tisk v centru Prahy
Když zabrousíme na české webové stránky, zjišťujeme, že i u nás pojem „3D tisk“ není už ve firemním světě žádnou Popelkou. „Průmyslově vyráběné 3D tiskárny za skvělou cenu a skladem!“. „Nabízíme vám rychlý a vysoce kvalitní 3D tisk: Prototypy, sestavy, kusová výroba!“. „3D tisk v centru Prahy. Rychlý tisk prototypů, modelů a maket“. „Nabízíme volnou kapacitu 3D tiskárny. Poskytujeme kvalitní a cenově dostupný 3D tisk, který zhotovíme z vašich 3D dat“ ohlašují na internetu četné zveřejněné nabídky a inzeráty. Během poměrně krátké doby se tedy i v České republice staly 3D tiskárny a 3D tisk skutečností.
Tisk po vrstvách je řízen ovládací elektronikou
3D (trojrozměrný) tisk se používá pro výrobu prototypů a speciálních dílů bez toho, že by byly zapotřebí formy.Výroba probíhá přímo z 3D dat natavováním materiálu po vrstvách. Je to tudíž proces, při němž se prostřednictvím speciálního zařízení vytvářejí trojrozměrné objekty z vhodného materiálu. Tisk po vrstvách je řízen ovládací elektronikou na základě programové předlohy.
Kromě mimořádné přesnosti a vysoké rychlosti
Zařízení pro tvorbu prostorových výrobků podle počítačových dat obvykle vychází z virtuálního prostorového modelu, který je ve specializovaném softwaru „rozřezán“ do jednotlivých vrstev o miniaturní tloušťce. Takto připravený soubor je odeslán do 3D tiskárny, která potom vrstvu po vrstvě začne nanášet patřičný konstrukční materiál, čímž postupně buduje hmatatelný produkt. Jeho velikost je pochopitelně limitována rozměry konstrukční komory jednotlivých tiskáren – je však možné vytvářet i značně rozměrné výrobky, které vzniknou spojením většího počtu menších „výtisků“.
Kromě mimořádné přesnosti a vysoké rychlosti výroby je předností to, že mnohé tyto výtisky lze pak ještě následně upravovat – brousit, pískovat, lakovat nebo leštit.
S plně pohyblivými součástmi
Na zmáčknutí knoflíku, obrazně řečeno, „vytisknou“ konkrétní výrobky, třeba flétnu či kytaru, které při doplnění příslušnými komponenty jsou kupodivu funkční. Dají se takto zhotovit hračky, hrnky s reliéfem, vázy a bezpočet dalších předpřipravených modelů, které lze libovolně (i ručně) upravovat. Nejpodstatnější je však skutečnost, že produktem 3D tiskárny může být zkompletovaný model výrobku s plně pohyblivými součástmi. Pomocí 3D tisku bylo takto třeba vyrobeno i plně funkční a designově zajímavé jízdní kolo.
Co uvidíte ve Fordově muzeu…
Vraťme se ještě do druhé poloviny 20. století, kdy Američan Charles Hull založil v roce 1986 v Kalifornii společnost 3D Systems a ve stejnou dobu si nechal patentovat technologii stereolitografie. Tato technika spočívá v trojrozměrném laserovém tisku s využitím ultrafialového laseru a tekutého fotopolymeru.
Před koncem 90. let pak Hull pod hlavičkou své firmy vytvořil první zařízení tisknoucí v 3D formátu pro širokou veřejnost, takzvaný stereolitografický aparát SLA-1. (Zkratka je od slova stereolitografie). Tehdy se tomu ještě neříkalo 3D tiskárna, nicméně tyto modely se tak staly základem vývoje dnešních 3D tiskáren či číslicově řízených (CNC) strojů. Tato historická aparatura je doposud k vidění ve Fordově muzeu v Dearbornu ve státě Michigan.
V roce 1993 Massachusettský technický institut (MIT), což je soukromá výzkumná univerzita amerického státu Massachusetts, patentoval technologii trojrozměrných tiskařských technik, která pracovala s práškovým materiálem a tekutým spojovačem. Licenci k této technologii poté zakoupila americká firma Z Corporation (dnes výrobce celosvětově nejrychlejších 3D tiskáren) a na její bázi započala vývoj 3D tiskáren s označením Zcorp. Pojem 3D tiskárna tedy pochází až z druhé poloviny 90. let.
Kratší doba produkce a výrazně nižší náklady
Zpočátku byl 3D tisk doménou velkých firem, zejména výrobců letadel či automobilů. Vytisknout lze totiž takto i robustní modely – například funkční prototyp letadlového motoru.
Již delší čas se však nepoužívá jen k výrobě prototypů (Rapid prototyping), ale uplatňuje se i v běžné výrobě (Rapid manufacturing). Její výhody jsou zjevné a nezpochybnitelné: oproti tradiční výrobě podstatně kratší doba produkce a výrazně nižší náklady.
V současné době se však jeho nasazení rozšiřuje na četné další oblasti lidské činnosti. Například technika 3D tiskáren zaujala i pracovníky z oborů medicíny a biologie. Není pochyb o tom, že lze takto vyrobit přijatelný implantát nebo protézu. Vědci už použili 3D tiskárnu, která nanáší tekuté vrstvy látky svými vlastnostmi se podobající kostní hmotě. Základem umělé kosti je fosforečnan vápenatý, ale její mechanické vlastnosti se výrazně zlepší přidáním zinku a křemíku, čímž se kost stane pevnější při zachování ohebnosti.
V elektronice se pracuje na revoluční výrobě tištěných spojů. Nové možnosti se otevírají i před sochaři. Jinou alternativu mají třeba architekti, kteří mohou klientovi představit realistický model přímo z AutoCADu namísto ručně tvořeného modelu, který nedosahuje takové míry detailu a modelář ho tvoří několikanásobně déle atd.
3D a CNC
Hlavním smyslem 3D tiskových technologií byla samozřejmě snaha o nalezení metody co nejrychlejší a nejlevnější výroby prototypů v průmyslu. Do jisté míry tak 3D tisk konkuruje klasickému CNC obrábění a vhodně doplňuje moderní CAD systémy, jejichž jednotným cílem je pomoc při inovacích a rychlejším uvádění nových výrobků na trh. V tomto směru jde o jejich jednoznačnou odnož, ne-li součást. V nejednom případě lze výtisky využít dokonce jako konečný produkt, zejména pak při malosériové výrobě, kdy by jiné metody byly příliš nákladné či nepoužitelné.
Každý spotřebitel továrníkem?
Je zřejmé, že nyní „sestupuje“ jednodušší a levnější 3D tisk k běžným zájemcům.Vždyť třeba na největším světovém veletrhu spotřební elektroniky, který se počátkem ledna 2012 (tak jako každoročně) konal v Las Vegas v USA, byla spotřebním 3D tiskárnám věnována významná část plochy Jižní haly – a ta navíc byla návštěvníky doslova „našlapaná“. Vystavovatelé zde jednoznačně naznačili, že nyní probíhá boj o zákazníka v domácnostech. “Není daleko doba, kdy se 3D tiskárny stanou široce dostupnými pro běžné spotřebitele“, říkají. Proto se u názvů nových 3D tiskáren nezřídka objevuje slovní spojení „personal printer“ (osobní tiskárna).
Například podle japonské firmy Roland už nastal čas, kdy je možno si domů pořídit 3D tiskárnu. Tahle „hračka“ přijde asi na dvacet tisíc a je k ní zapotřebí speciální plast, vosk, pěna, případně balzové dřevo. Pak to chce trochu tréninku v 3D modelování a výsledkem je třeba malá figurka či třeba přívěsek na klíče.
Zachytíte včas trend?
Trojrozměrný tisk je u nás stále v začátcích. Současnost však nedobývá krůček po krůčku, ale doslova mílovými kroky. Zatím je to mnohdy relativně vysoká cena a nízká rychlost výroby, ale na tom se pracuje a stroje se zrychlují. Výrobci také vyvíjejí nové materiály a zdokonalují technologii výroby. 3D tisk už umí zpracovávat i kovy jako titan, kobalt, které se špatně zpracovávají klasickým obráběním a další materiály.
Zítra se bude tisknout všude. I na Měsíci
Pomocí 3D tisku by měly mimo jiné vzniknout některé specifické budovy a v budoucnu i základny na Měsíci. Tuto vizi představila evropská kosmická agentura ESA. Projekt vzniká ve spolupráci s britským architektonickým studiem Foster+Partners a počítá se, že k jeho realizaci by byl využit měsíční materiál. – regolit. Byly již zveřejněny první návrhy takových objektů a provedeny první testy tisku. Prvním cílem je navrhnout na měsíční jižní pól základnu pro čtyři osoby, která by nabídla ochranu před meteority, gama zářením a vysokými teplotními výkyvy.
Technologie 3D tisku se během uplynulých deseti let posunula významně kupředu. 3D tiskárny jsou dnes schopné “tisknout” i složité objekty. A je pouze otázkou času, k jakým dalším, metám se ještě vyvinou.
