3D tisk: jak funguje a kde začít?

3D tisk se zdá jako relativně mladá technologie, nicméně první projekty se objevily již před téměř 40 lety. Masovějšímu rozšíření však až dosud bránila vyšší cena, komplikovaná dostupnost a složitá obsluha. Řada z těchto mantinelů ale za poslední roky zmizela a 3D tiskárna tak už není jen pro nadšence a univerzitní laboratoře.

Nejzásadnějším přínosem 3D tisku je možnost vytvořit, respektive vytisknout prakticky jakoukoliv konstrukci. Zejména v leteckém průmyslu i kosmonautice se proto 3D tiskárnám daří čím dál tím více, neboť jsou vytištěné díly značně lehčí, než jejich obráběné protějšky.

Air New Zealand zkouší 3D tisk pro díly letadel (foto Metal AM)

S tím je ostatně spojena i další výhoda, neboť při 3D tisku vzniká jen nepatrné množství odpadního materiálu. Tiskárna totiž nanáší materiál pouze tam, kde je potřeba. Odborně se tento způsob označuje jako aditivní výroba. Naproti tomu dosud používané způsoby jako obrábění (vrtání, frézování, …) potřebují na začátek blok materiálu, ze kterého postupně odebírají. Takzvaně subtraktivní výroba vám tedy kromě finálního výrobku vytvoří i nezanedbatelné množství odpadu. Lze jej sice recyklovat, ale nikoliv za cenu surového materiálu.

V menších firmách a domácnostech si 3D tiskárny našly místo jako stroje pro tvorbu prototypů, nebo pro tvorbu menších sérií dílů, které by např. při výrobě vstřikolisem stály nepřiměřené částky. Na své si přijdou i kutilové, kteří si mohou znovu vyrobit rozbité součástky a nebo vytvořit zcela nové, avšak za zlomek ceny od průmyslového dodavatele.

3D tiskárna oproti CNC nepotřebuje paletu nástrojů (foto All3DP)

3D tisk má před sebou ještě notný kus cesty, než se stane zcela běžným výrobním postupem. Nelze ani očekávat, že by se firmy hromadně zbavovaly vstřikolisů a obráběcích center. Tyto dekádami ověřené technologie mají své nesporné výhody a 3D tisk je zkrátka dalším způsobem výroby dílů se svými výhodami i nevýhodami.

Prozatím stále panuje jistá ostražitost, avšak ti, kteří uvidí výhody a uplatní 3D tisk jako první, získají nespornou výhodu oproti ostatním. Pojďme se podívat, jakým vývojem si tento aditivní způsob výroby prozatím prošel a jaké materiály se dnes používají.

 

Technologie vrstvení materiálu se používá již století, ale pokud se zaměříme na stroje, které materiál distribuují podle počítačového kódu, dostáváme se do Japonska v letech 1980-1981, kdy Hideo Kodama položil základy “Rapid Prototypingu”, což bychom volně přeložili jako systém zrychleného návrhu a výroby prototypů. Zároveň také popsal technologii vytvrzování tekutého roztoku UV světlem, kterou si o pár let později patentoval Chuck Hull pod názvem SLA (StereoLithogrAphy).

Hideo Kodama (foto sculpteo.com)

V té době se již 3D tisku věnovali inženýři a univerzity po celém světě. Další technologie tak vznikaly paralelně. Na jejich základu následně vznikaly firmy, z nichž některé dodnes patří mezi přední lídry trhu. Mezi nejznámější patří např. Stratasys, jehož zakladatelé vymysleli dnes velmi populární FDM (Fused Deposition Modeling), kterou můžete znát pod zkratkou FFF kvůli ochranné známce na originálu.

Tiskárny Stratasys  míří do průmyslu (Business Wire)

 

Ostatně všechny zmíněné technologie byly zpočátku zatíženy patenty a všemožně přeprodávány, což je v průmyslu standardní postup, na druhou stranu to nesmírně brzdilo rozvoj. Teprve v posledních letech některé z patentů vypršely a díky tomu zažívá 3D tisk skokový rozmach a na jeho rozvoji mohou pracovat i menší firmy, které by si licenční poplatky nemohly dovolit, nebo jim to zkrátka držitel patentu nedovolil.

 

Myšlenka sdílení svého know-how s komunitou vznikla v reakci na chování monopolistických praktik velkých softwarových firem a postupně se šíří i do dalších odvětví. V oblasti 3D tisku má naprosto zásadní význam a nebýt několika výrazných postav, které svými nápady zlevnily a zpřístupnily 3D tiskárny, mohli bychom o nich tak maximálně diskutovat na fórech.

Na Open source vyrostl zcela nový trh, který může co nevidět začít dělat vrásky na čele tradičním výrobcům, kteří si patentují každou drobnost a díky spletité byrokracii ztrácí na mladé dynamické firmy a komunitu okolo nich. Jak rychle budete postupovat s oddělením několika zaměstnanců, když naproti tomu lze svůj produkt budovat společně s desítkami tisíc nadšenců (profesorů, inženýrů, kutilů) po celém světě?

RepRap tiskárna tiskne díly pro další tiskárnu (foto RepRap)

 

Mezi nejzásadnější projekty patří RepRap, původem z britské univerzity. Kde výzkumník Adrian Bowyer přišel s myšlenkou strojů, které by se dokázaly samy replikovat, respektive si vytisknout plastové díly pro dalšího “potomka”. Právě díky své otevřenosti si získal zásadní postavení ve světě 3D tisku a kromě komunity díky němu vyrostla řada společností, nejznámějším příkladem je český výrobce Prusa Research.

 

Original Prusa i3 MK2 je jedna z nejpopulárnějších 3D tiskáren (foto All3DP)

 

Tradičně se rozjetého vlaku chytají čínské firmy a s vidinou velkých prodejů kopírují zbytek světa, jak to jen jde. Bohužel většina z nich vidí Open source jako samoobsluhu bez pokladní a zatímco si vesele stahují návrhy od ostatních firem, prakticky nepřispívají zpět a navíc se aktivně brání zveřejnění svých kódů a návrhů. Některé firmy pak zcela nepochopily podstatu věci, jako např. společnost XYZprinting, která si pod pojmem Open source představuje umožnění uživateli změnit nastavení tiskárny a použít neoriginální tiskové materiály.

 

Klon Raisecube Prusa i3

Až se budete příště ptát, proč stojí totožný čínský výrobek zlomek toho, co ten ze “západního” světa, bude často hrát roli odstavec výše.