3D tisk: cesta z neznáma do domácností

Technologie 3D tisku

Historie 3D tiskáren sahá již do 70. let minulého století a i vzhledem k velmi odlišným způsobům nasazení je jasné, že technologií 3D tisku je nepřeberné množství. My se ale budeme zabývat pouze těmi relevantními k domácímu 3D tisku, a to jsou především ty, které využívají některý z typů tavitelného plastu. Všechny tiskárny produkující 3D modely mají ale společné jedno: potřebují jako vstup počítačový model (nejčastěji v souboru .stl), který si rozloží do vrstev, po nichž jej pak budou postupně sestavovat a nezřídka si k tomu samy vyrobí různé podpůrné konstrukce, aby bylo možné vytisknout složitější modely. Onen počítačový model může kompletně vzniknout pomocí příslušného programu, nebo jej můžeme vytvořit s využitím 3D skeneru, k čemuž je samozřejmě zapotřebí živá předloha, třeba obličej.
Princip 3D tisku pak je velmi jednoduchý a uplatní se v něm tisková hlava a podložka, na níž bude tvořen samotný model. Pohybovat se přitom může tisková hlava nebo i podložka, popřípadě obojí. Ovšem pak tu jsou jednotlivé způsoby 3D tisku, resp. nanášení vrstev, a ty se už mohou od sebe velmi lišit a zpravidla záleží především na stavebním materiálu a jeho vlastnostech. 3D tiskárny mohou používat čokoládu, beton, dřevo, kov, polymery či různé kompozity a pro to všechno samozřejmě nestačí způsob nanášení ve stylu tavné lepicí pistole.

Např. americká firma 3D Systems využívá již starší technologii SLA - Stereolitografii, která tvoří vrstvy tak, že zatavuje různé tekuté materiály nebo kompozity pomocí ultrafialového laseru, přičemž po dokončení tisku je nutné model ještě vytvrdit v UV peci. Je zřejmé, že tato technologie se do domácností ani tak nehodí, ale i tak si můžete takovou tiskárnu pořídit, jen si připravte 3000 dolarů a více.

Rovněž americká společnost Zcorporation, která nyní už také patří pod křídla 3D Systems, využívala systém, v němž jsou jednotlivé vrstvy tvořeny naneseným práškem a pojivem z tiskových hlav. Výrobu pomocí technologie SLA dobře ilustruje následující video, v němž uvidíte výrobu modelu starověkého města.

Technologie SLS (Selective Laser Sintering) má blízko právě k SLA. Využívá totiž práškové materiály, které nanáší ve vrstvách a zatavuje laserem. Mezi ony materiály může patřit plast, kov nebo i keramické prášky. Podobné technologie jsou SHS (Selective Heat Sintering) - zatavování plastových prášku pomocí tepla a SLM (Selective Laser Melting), která se hodí pro výrobu ze slitin titanu, chromu, hliníku či oceli. Pro titanové slitiny se mimochodem hodí i Electron-beam melting (EBM) využívající elektronový paprsek, jímž se může i svářet, takže princip je i zde zřejmý.

Další video ukazuje výrobu pomocí technologie SLS. Nejdříve je do zásobníků v komoře nasypán prášek - stavební materiál a ten je rovněž rozprostřen dole na tiskové ploše, aby byl vytvořen potřebný základ. Pomocné rameno tuto plochu uhladí a pak už může laser začít vytvrzovat. Po každém průchodu laserového paprsku je model automaticky posypán práškem a ten je opět v potřebných místech zataven laserem, až se po několika tisících průchodů vytvoří konečný produkt. Ten je nakonec třeba ještě vyhrabat z prášku a očistit.

A pak tu máme technologii FDM (Fused Deposition Modeling), která přišla na svět už na konci 80. let, čili dnes jsou příslušné patenty již neplatné, a tak se mohla stát základem pro různé otevřené projekty 3D tiskáren. Způsob 3D tisku také umožňuje nasazení FDM i v malých levných tiskárnách v domácnostech, i když jsou mezi nimi a profesionálními řešeními samozřejmě značné rozdíly.

Způsob tisku je ale vždy ten, že do tiskové hlavy či hlav vstupuje vlákno materiálu, z nějž vzniká nanášením jednotlivých vrstev pomocí tavné hlavy výsledný produkt. Zde můžeme využít různé druhy materiálů, třeba bioplast PLA (kyselina polymléčná), ne už tak bio kopolymer ABS, a pak i gumu, jedlé materiály (třeba právě čokoláda), modelářské hlíny, porcelán či silikon. Prostě vše, co můžeme protlačit hlavou a nechat vytvrdnout, zatuhnout, vysušit, apod. Relativní novinkou jsou také materiály Laywood nebo Laybrick, které věrně připomínají dřevo a kámen či cihly. Jde v podstatě o to, že se do kopolymeru přimíchá opravdové dřevo nebo vápenec.

Lepší FDM tiskárny často využívají dva materiály, a to hlavní stavební a pak vedlejší pro vytváření podpůrných konstrukcí, které zajistí, aby bylo na čem stavět a model se v průběhu tisku nezhroutil. Tyto konstrukce se pak musí ručně oddělit, takže je důležité, aby se oba plasty nemohly spojit. Levnější tiskárny využívají pro samotný produkt i podpůrné konstrukce jeden materiál, takže ten je pak nutné odřezávat trochu složitěji a opatrněji. Nicméně v obou případech je vhodné výsledný produkt ještě začistit, obrat o různá přebývající vlákna a třeba ručně obrousit a vyhladit. Neznamená to ale, že by dnešní 3D tiskárny produkovaly vyloženě polotovary. Spíše jde o to, že výsledek je nejistý a záleží na složitosti modelu, seřízení tiskárny a samozřejmě i zkušenostech uživatele.

Pokud tedy hovoříme o domácích 3D tiskárnách, máme na mysli ty, které využívají technologii FDM. Jejich cena již dávno klesla pod hranici tisíce dolarů a jedním z nových produktů, který soutěží o přízeň zákazníků svou uživatelskou přívětivostí i cenou, je da Vinci od firmy Kinpo Group (značka XYZprinting). Pozornosti také nesmí uniknout otevřený projekt RepRap. Ten sdružuje řadu výrobců 3D tiskáren a stojí za ním myšlenka tiskáren, které dokáží replikovat samy sebe, čili tisknout součásti potřebné ke stavbě sebe sama.

Je to tedy komunitní projekt založený na myšlence, že někdo si pořídí 3D tiskárnu a s její pomocí pomůže k vytvoření dalších, přičemž výhodou je pak i nízká cena. Jednou z takových tiskáren je i Prusa i3 od Josefa Průši, popřípadě další modely jako RepRap Wallace nebo originální Mendel.