3D tiskárny– slibná hudba budoucnosti ?

Na světové výstavě CES 2012, která se počátkem ledna konala v Las Vegas v USA, se staly centrem pozornosti návštěvníků výstaviště. Oč se jedná? Humbuk, nebo předzvěst věcí příštích? Tiskárny, které dokážou tisknout (přesněji řečeno pracovat) trojrozměrně, nejsou novinkou spadlou z nebe. Zařízení pro takzvanou rychlou výrobu prototy pů, z nichž část je označována jako „3D tiskárny“, jsou vyvíjena už delší dobu. Ročenka Wohlers Report 2011 dokonce uvádí jednatřicet výrobců 3D tiskáren a obdobných výrobních systémů. Ale postupem času, který přinesl nižší ceny, vylepšené technologie a mimo jiné i radikální zmenšení rozměrů, se znovu rozvířila diskuse o jejich dalších perspektivách i u běžných spotřebitelů. Tedy v do mácím prostředí. Na letošním CES (v plném názvu Consumer Electronics Show, což je světově největší veletrh spotřební elektroniky, na němž firmy tradičně představují inovace pro nadcházející rok) se například představila osobní 3D tiskárna v ceně 1300 dolarů. Při kurzu cca 20 Kč za dolar se jedná o přibližně 26 tisíc korun. Zdá se, že řada cenových nabídek nyní půjde ještě níže. CO DOKÁŽOU? Na zmáčknutí knoflíku, obrazně řečeno, „vytisknou“ konkrétní výrobek, třeba kytaru, která při dokoupení příslušných komponentů kupodivu funguje. Dají se takto zhotovit hračky, hrnky s reliéfem, vázy a bezpočet dalších předpřipravených modelů, které lze dále libovolně (i ručně) upravovat. Ovšem představa, že někde na stole stojí jakási tiskárna klasického typu i vzhledu, která místo potisku papíru, plastů a dalších podkladů vytváří trojrozměrné předměty, je zavádějící. Skutečnost se spíše blíží představě menších dílenských zařízení, v nichž se automaticky – na pokyny počítače – něco obrábí či dotváří. Způsobů, jak toho dosahují, je několik. Pro některé z nich je základním stavebním materiálem jemný prášek a lepidlo. Výsledkem může být třeba hrneček. 3D tiskárna pak práškovou směs postupně nanáší na rovinnou plochu a zpevňuje ji speciálním lepidlem. Postupně, po vrstvách silných několik desítek mikronů, navrství tisknutý objekt. Jsou používány i termoplasty nebo vosky v podobě drátů navinutých na cívce. Při vytváření modelu je materiál z cívky dopravován do trysky, zde se rozehřeje na teplotu o 1 stupeň Celsia vyšší, než je jeho teplota tavení, a je pak vytlačován na vznikající model, kde ihned tuhne. U metod využívajících pevných látek je materiál pomocí laseru spékán do požadovaného tvaru. Jsou přitom používány termoplastické elastomery, polykarbonáty, nylon, slévárenský písek, keramika nebo kovy. Jiné technologie, umožňující vytvářet měkké gumové objekty, používají různé tekuté směsi, které se po nastříknutí tvrdí ultrafialovým zářením. Jak v Las Vegas vystavovatelé ochotně sdělovali návštěvníkům i novinářům, cena „výtisku“ se poté odvíjí od velikosti předmětu, jeho barvy, případně textury. Jednoduchá vázička vytvořená podle nasnímané tváře zadavatele takto v přepočtu přijde asi na 1400 korun. JAK PRACUJÍ Zařízení pro tvorbu prostorových výrobků podle počítačových dat obvykle vycházejí 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 té které tiskárny (a ty se nyní zmenšují) – je však možné vytvářet i značně rozměrné výrobky, které vzniknou spojením většího počtu menších „výtisků“. Kromě mimořádné přesnosti a vysoké rychlosti výroby je předností i to, že mnohé tyto výtisky lze pak ještě následně upravovat – brousit, pískovat, lakovat nebo leštit. Nejpodstatnější je však skutečnost, že produktem 3D tiskárny může být zkompletovaný model výrobku s plně pohyblivými a funkčními součástmi. REPLIKÁTOR ?? PŘIPOMÍNKA SCI??FI PŘÍBĚHŮ Není bez zajímavosti, že v tomto směru nezapadla myšlenka z vědeckofantastických příběhů, v nichž se jejich autoři opájejí možností replikace, tedy rozložení věcí i živých bytostí na atomy, jejich dálkovým přenosem a následným složením do původní podoby. Vyskytuje se mimo jiné například v televizním seriálu Star Trek, v němž se s replikátorem (zařízením, které může vytvářet potraviny a další předměty) můžeme setkat. Obdobně třeba newyorská firma MarketBot pojmenovala svou 3D tiskárnu Replicator. 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 CES v Las Vegas vytvořil Replicator za dvacet minut nový otvírač lahví, ale i řadu dalších výrobků. Je zřejmé, že v duchu zaměření veletrhu na spotřební elektroniku tlačí tato brooklynská firma své 3D tiskárny nekompromisně do maloobchodů. Replicator nabízí za 1700 dolarů. UNIVERZÁLNÍ POUŽITÍ ?? OD PROTOTYPŮ PO PALEONTOLOGII Zpočátku byl 3D tisk doménou velkých firem, zejména výrobců letadel či automobilů. Vytisknout totiž takto lze i robustní modely – například funkční prototyp letadlového motoru. V současné době se jeho nasazení rozšiřuje na další oblasti lidské činnosti. Hlavním smyslem 3D tiskových technologií byla 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. Technika 3D tiskáren však zaujala i pracovníky z oborů medicíny a biologie. Není pochyb o tom, že takto lze 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. Dnes probíhá doslova závod, kdo „vytiskne“ první funkční tkáň, případně vyrobí takto umělé cévy nebo dokonce celé orgány. Před implantací lze umělou tkáň osazovat pacientovými vlastními buňkami. Pevnost a pružnost se ovlivňuje přidáváním dalších látek V elektronice se pracuje na revoluční výrobě tištěných spojů. Nové možnosti se otevírají i před sochaři. Co bylo téměř nemožné vytvořit rukama, se stává dostupné díky 3D technologiím. Digitální sochy jsou už skutečností i u nás a jsou vystavovány veřejnosti. Počítač umožňuje sochařům pracovat například jen s vybranými fragmenty díla nebo s detaily v mnohonásobném zvětšení. Reálné objekty vytvořené z hlíny lze pomocí 3D skeneru převést do virtuálního prostoru – a počítačové tvary opět zhmotnit pomocí 3D tiskárny. Tento postup je možné libovolně dlouho opakovat a dovést tak sochu do požadované podoby, která by běžnými postupy nemohla vzniknout. Obdobným způsobem dnes postupují paleontologové, archeologové a pracovníci řady dalších oborů. JAK DÁL? Humbuk? Určitě ne, je zřejmé, že nyní nastupují i spotřební 3D tiskárny. Vždyť třeba na lednovém veletrhu CES 2012 v Las Vegas jim byla 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). Mnozí odborníci odhadují, že většina tradičních výrobců 3D tiskáren v dohledné době nabídne desktopové, to je malé „stolní“ verze svých zařízení, cílící na běžné uživatele. Téměř je také jisté – jsem o tom takřka přesvědčen – že se s nimi za více než půl roku setkáme i na evropské půdě – na berlínském výstavišti obdobně zaměřeného veletrhu IFA 2012. JE TU VŠAK ONO PODSTATNÉ „ALE“… Výstižně to vyjádřil jeden ze zahraničních IT novinářů, který v této souvislosti zhruba napsal: „Je úžasné sledovat, jak se v 3D tiskárnách vytváří vrstva po vrstvě, až se před vámi objeví hotový trojrozměrný předmět. Šachové figurky, barevné náramky či plastové figuríny. Ale za tu cenu (1 299 dolarů) bych si dovedl představit něco užitečnějšího, než je třeba tvorba vánoční hračky či vázičky za sedmdesát dolarů. Je báječné, jaké perspektivy se tím otevírají vývojářům. I na běžném tabletu budete moci vytvářet vlastní 3D modely. Ale za 15 dolarů si třeba vytisknout pětipalcový model býka či za 5 dolarů košilový knoflík? Můžete si navrhnout a vytisknout vlastní design poháru a tak dále. To všechno je zajímavé, ale na druhou stranu stále ještě příliš drahé. Osobně jsem dost zaujatý pro tuto technologii 3D tisků, fandím jí, ale současně si uvědomuji, že by pro většinu z nás bylo dobré ji ještě odložit.“ S tím lze bezesporu souhlasit. Zůstává jen otázkou, jak rychle bude v tomto směru čas uhánět. Víme dobře, že v poslední době je to nezřídka doslova překvapivý úprk. A překvapení nejsou nikdy vyloučena. Milan Bauman