3D tiskárny v sobě skrývají netušené možnosti, jež mohou být využity v mnoha odvětvích a ulehčovat tak lidem život. Představte si například, že byste si doma vytiskli náhradní součástku do auta, funkční protézu ruky nebo nohy… To vše je dnes možné za pomoci jednoho jediného zařízení.

I když by se mohlo zdát, že tato technologie je teprve v plenkách, tak pravda je někde úplně jinde. Historie 3D tisku se začala psát již v průběhu minulého století, přesněji v roce 1984, když Charles Hull začal zkoumat fotopolymery inkoustových tiskáren. Přišel na to, že tento materiál při působení UV záření ztuhne. Vyvinul proto technologii pro tisk 3D objektů z digitální podoby, roku 1986 získal patent a svou technologii pojmenoval Stereolitografie.

Od prvních pokusů po funkční protézy

Dva roky po nabytí patentu a založení společnosti 3D systems vypouští tato firma do světa první tiskárnu pro tisk trojrozměrných modelů s kódovým označením SLA 250. Laser s vysokým rozlišením, přehledný a jednoduchý software – to vše byly taháky tohoto produktu.

Nebyl ale jediný, kdo v této technologii uzřel budoucnost. Scott Crump a Carl Deckard oznámili své technologie – FDM (Fused Deposition Modeling) a SLS (Selective Laser Sintering). Prvně jmenovaná funguje tak, že se postupně nanáší vrstvy materiálu, dokud není model hotov, zatímco SLS spéká prášek s pomocí laseru do přesného objektu.

Devadesátá léta byla pro rozvoj 3D tisku klíčová. Nejenže se začal používat v leteckém a automobilovém průmyslu k výrobě náhradních dílů, ke konci století už dokonce dokázal vyrobit část orgánu potaženou pacientovými buňkami. O tři roky později pak vyrobil funkční ledviny, jež byly následně úspěšně použity k transplantaci a záchraně nemocného zvířete.

V roce 2005 přichází Adrian Bowyer s projektem RepRap. Chtěl vyrobit tiskárnu, která by dokázala vytisknout sama sebe a tím tak snížit náklady na úplné minimum. O tři roky později svůj projekt dotáhl do konce.

Poslední roky už tiskárny plně slouží k výrobě protéz pro lidské pacienty, dokonce se podařilo vytisknout i celé auto. Proč by tedy nemohl být 3D tisk využit i k výrobě jídla? V tom byl průlomový rok 2011. Tento ročník totiž vědci z Cornell Univerzity oznámili, že pracují na tiskárně schopné připravit jídlo.

Technologie 3D tisku

První a nejstarší z technologií 3D tisku je tzv. SLS (Stereolithography). Jako materiál se používá tekutý světlocitlivý fotopolymer, který součástku postupně tvaruje do dané podoby a s pomocí UV laseru nechá výrobek ztuhnout. Nanáší se vrstvy od 0,05 do 0,25mm.

LOM (Laminated Object Manufacturing) patří mezi nejlevnější technologie na trhu. Pracuje tak, že nejprve z 0,2mm tenké fólie vyřeže díly, které pak následně lepí k sobě za pomoci laminovacího lepidla. Generuje však velké množství přebytečného odpadu, což může některé zájemce odradit. Ještě levnější je však systém zvaný Fused Depositing Modeling, vyvinutý za účelem průniku i mezi domácí spotřebitele. Prášek, granulát, či drát se přivádí do tiskové hlavy, kde se taví do polotekutého skupenství a následně kreslí 3D objekt na podložku. FSD sice není nejpřesnější, ale s cenou od 500 do 2500 eur si v poslední době nachází více a více uživatelů.

O poznání přesnější je SLS (Selective Laser Sintering). Funguje tak, že se prášek umístí do nádoby a po tenkých vrstvách na něj působí laser. Vlivem tepla dojde k jeho roztavení a po nějaké době také jeho ztuhnutí ve výsledné dílo. Přebytečný materiál se pak dá znovu použít, což výrazně sníží náklady na tisk.

Další technologie, 3D Sandcasting zvolila odlišný přístup, než jiné systémy. Ač to může znít zvláštně, tiskárna používá k tvorbě modelu písek. Ne však k vyprodukování samotného výrobku, ale pouze k výrobě jeho formy. Tu poté tiskárna vylije slabou vrstvou lepidla, po jehož ztuhnutí přidá samotný materiál. Forma se následně rozbije a výsledný produkt se z ní vyjme.

Zbývající systémy už v podstatě jen vychází z výše popisovaných technologií. Např. ZCORP nanáší prášek, jenž je následně spojován pojivem, Multi Jet Modeling využívá vosk k tvorbě podpor a samotného modelu, či Digital Light Protection nasvěcuje fotopolymery UV projekcí modelového řezu…

Možnosti 3D tisku

Ruku na srdce, napadlo by vás někdy, že s pomocí tiskárny byste si mohli vytisknout dům? Vědci nad tímto problémem začali přemýšlet a během několika let dokázali tuto myšlenku posunout mílovým krokem dopředu. Doktor Behrokh Khoshnevis a jeho tým studentů se ovšem už na počátku musel potýkat s množstvím překážek. Nejtěžší bylo vymyslet, jaký materiál by se dal k tisku použít. Testy s využitím jílu proběhly úspěšně, ovšem jak nahradit beton? Alternativa jménem vláknobeton na rozdíl od tradičního betonu nepotřebovala takovou podporu, a tak byl jasnou volbou.

Takovéto domy by měly oproti klasickým příbytkům spoustu výhod. Nejenže by se ušetřilo na platech zaměstnanců (stroj totiž nepotřebuje tolik lidí k obsluze, jako stavba domu za pomoci klasického náčiní), ale i stavba by byla o poznání rychlejší (kolem 20hodin).

Asi největší perspektivu do budoucna mají tiskárny v lékařství. Jak jsme zmiňovali výše, tiskárny už jsou schopné vyrábět funkční protézy končetin, zubů a dokonce i částí orgánů, nebo kostí. Cévy se mohou vyrábět nanášením kmenových buněk na hydrogel, jež je velice podobný přirozené tkáni. Biotiskem, jak je tento obor nazýván, se zabývá společnost Organovo ze San Diega a ti tvrdí, že v budoucnu nejspíše bude možné tisknout důležité orgány jako játra či srdce.

Hospodyňky by si mohly oddychnout s přístrojem zvaným Foodini, 3D tiskárnou vyrábějící jídlo. Foodini funguje tak, že si přes internet jednoduše vyberete recept a on vám jej vytiskne. Takováto potrava je však údajně velmi nezdravá a nedokáže nahradit plnohodnotnou stravu. Větší potenciál tedy mají tiskárny čokoládových výrobků. Čokoláda se totiž jeví jako velmi dobře tepelně tvarovatelná a tak je vhodným materiálem pro 3D tisk.

Využití 3D tiskáren je opravdu široké. Nově se začínají využívat ve vesmírných stanicích, použitelné jsou i k výrobě bot, hraček, prostě čehokoliv, na co si vzpomenete. Díky nenáročnosti na obsluhu však mohou později vytlačit tradiční výrobní procesy, což ovšem není dobrá zpráva z hlediska nezaměstnanosti, ale to už je jiný příběh.

Materiály pro 3D tisk

3D tiskárny fungují zejména na principu tavení materiálu a jeho postupného vrstvení. K tomu se samozřejmě nejlépe hodí plast. Existuje však mnoho dalších látek, které se více či méně hodí pro tuto činnost. Zde je stručný výčet:
TPE – využívá se, pokud je potřeba míti konečný výrobek pevný a pružný
XT – elastický, jemný na dotek
Lay Brick – směs křídy a minerálních příměsí s polymerem
PLA plast – vyroben z obnovitelných zdrojů (kukuřičný škrob, celulóza…)
BendLay – bezbarvý, vyšší ohebnost
WPC – dřevitá moučka a polymer
ABS plast – nejpoužívanější, zdravotní nezávadnost, odolnost vůči výkyvům teplot
PET-G – odolný vůči kyselinám a rozpouštědlům
PVA – rozpustný ve vodě, pro tisk v dvouhlavých tiskárnách
HIPS – polysteren s přídavkem koučuku

Pro koho jsou 3D tiskárny určeny?

3D tiskárny jsou využívány zejména v průmyslu, jelikož jejich cena je poměrně vysoká. Dnes už však existují i modely určené do domácností. Za zlomek ceny (zhruba od 12 tisíc korun) běžných průmyslových 3D tiskáren si tak doma můžete vytisknout v počítači vytvořené modely aut, zbraní, či náhradní díly. Možnosti jsou omezeny jen vaší fantazií.

3D tiskárny jsou stále dostupnějším hitem
Štítky: