3D tisk

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
3D tiskárna Easy3DMaker

3D tisk neboli aditivní výroba je proces tvorby třídimenzionálních pevných objektů z digitálního souboru. V aditivních procesech je objekt vytvořen pokládáním souvislých vrstev materiálu, dokud není celý projekt dokončen. Každá z těchto vrstev může být považována za úzce rozříznutou horizontální sekci daného objektu.

Historie[editovat | editovat zdroj]

Počátky technologie 3D tisku spadají do druhé poloviny 20. století, kdy si Charles Hull nechal v roce 1986 patentovat technologii stereolitografie.[1] Tato technika spočívá v trojrozměrném laserovém tisku s využitím UV laseru a tekutého fotopolymeru. Před koncem 90. let pak Hull pod hlavičkou jeho nové firmy 3D Systems vytvořil první zařízení tisknoucí v 3D formátu pro širokou veřejnost, tzv. stereolitografický aparát SLA-1. V té době se tomuto zařízení ještě neříkalo 3D tiskárna, nicméně modely SLA se také staly základem vývoje dnešních 3D tiskáren či CNC strojů. SLA-1 byl využíván pouze beta zákazníky a postupně upravován až přišla na svět podoba SLA-250, která byla nabídnuta široké veřejnosti. StereoLithography Apparatus SLA-1 je doposud k vidění ve Fordově muzeu v Dearborn, Michigan.

Nástup konkurence na trh přinesl nové technologie, např. modelování depozicí taveniny (FDM, Fused Deposition Modeling) využívající termoplast či selektivní laserové spékání (SLS, Selective Laser Sintering) pracující s CO2 laserem a práškovým materiálem.

3D Systems si však dlouho držela vedoucí pozici na trhu. Pro ukázku, do roku 1996 se po celém světě prodalo přes 600 různých přístrojů SLA.

V roce 1993 Massachusettský technologický institut (MIT) patentoval technologii trojrozměrných tiskařských technik, která pracovala s práškovým materiálem a tekutým spojovačem. Licenci k této technologii poté koupila firma Z Corporation a na její bázi započala vývoj 3D tiskáren jako takových.

Pojem 3D tiskárna tedy pochází až z druhé poloviny 90. let.

Počátkem roku 2012 bylo vynalezeno první 3D pero 3Doodler.

Průběh tisku[editovat | editovat zdroj]

K vytištění výrobku je potřeba několik kroků. Prvním je vytvoření 3D modelu. Je zde několik možností jak vytvořit 3D model - nejrozšířenější a i nejjednodušší je vymodelování 3D modelu v tzv. CAD softwaru, další způsob je použití 3D skener a poslední možností je použití obyčejné digitální kamery a fotogrammetrického softwaru. Vytvoření 3D objektu v CAD softwaru je celkem náročné a vyžaduje znalost daného softwaru, avšak uživatel si může se znalostí několika technik vytvořit téměř libovolný objekt. 3D skener je speciální zařízení, které umožňuje naskenovat danou věc v reálném světě a převést jí do digitální podoby, ale ta obsahuje chyby a proto se poté ještě musí upravit v CAD softwaru. V posledních letech se také vynořují takzvané "3D tržiště", kde je možné stáhnout/koupit mnoho různých 3D modelů a uživatel se nemusí zdlouhavě učit CAD software.

Poté co je vytvořen/stažen 3D objekt může nastat fáze samotného tisku. Ale před tím se ještě musí provést převod 3D modelu do formátu .STL nebo .OBJ tak, aby ho software pro ovládání tiskárny přečetl. Dále se musí z formátu .STL vytvořit samotné instrukce pro tiskárnu (pohyb motorů, ovládání trysky, ...). Tyto instrukce se nazývají tzv. G-Code a pro jejich vytvoření se využívají nejčastěji programy Skeinforge, Slic3r, Cura, atd... G-Code se pošle tiskárně která pak daný objekt vytiskne.

Většinou se po výtisku ještě objekt upraví. Tyto úpravy zahrnují mimo jiné opilování, odlomení tzv. podpůrných konstrukcí (u technologie FDM) nebo třeba vyčištění (jiné technologie).

Trendy[editovat | editovat zdroj]

Po roce 2003, kdy byl vývoj technologie urychlen vypršením některých patentů, se objevuje nová technologie polyjet, která pracuje s polymerem, který v tenkých vrstvách pokládá na podložku. Hlavice taví plast ze zásobníku a dvojrozměrně ho pokládá na podstavec, který se pohybuje ve třetím směru. Z konkrétních materiálů se využívají akrylonitrilbutadienstyren (ABS), polylaktid (PLA) či polyethylen (HDPE).

V praxi je tato technologie vhodná i pro 3D tiskárny menších rozměrů, což dává předpoklady pro možnosti domácího nasazení. Technologie tisku roztaveným plastem jde současně s vývojem malých domácích 3D tiskáren. Příkladem domácí tiskárny je RepRap, který je vyvíjen mezinárodní DIY/Maker komunitou a jeho kompletní návrh je volně k dispozici jako otevřený hardware. Lze tisknout i z kovu, skla či buněk.[2]

Komerční vývoj a využití v České republice[editovat | editovat zdroj]

Komerční 3D tisk, jehož počátky sledujeme až do osmdesátých let 20. století, je dosud doménou zejména průmyslových firem a podstatná většina produkce 3D tiskáren na světě směřuje do oblasti vývoje prototypů. Největšími světovými výrobci 3D tiskáren jsou společnosti Stratasys a 3D Systems. V České republice byly první průmyslové 3D tiskárny instalovány v polovině devadesátých let brněnskou společností MCAE Systems, jejíž zařízení využívá například Škoda Auto, Tescoma nebo mnozí dodavatelé v automobilovém a leteckém průmyslu. V období největšího rozmachu osobního 3D tisku také v Česku vzniklo několik start-upů, jež vyvíjejí a vyrábějí své vlastní 3D tiskárny, mj. firmy Aroja, be3D nebo David Paškevič. 3D tiskárna Prusa i3, nesoucí jméno českého vývojáře Josefa Průši, je dosud nejoblíbenější osobní 3D tiskárnou na světě. Většinu aktivit v oblasti profesionálního 3D tisku v České republice od roku 2012 zastřešuje konzultant v oblasti aditivní výroby Jan Homola, zakladatel Klastru aditivní výroby, pořadatel největších středoevropských konferencí a výstav o 3D tisku "3D tisk - trendy, zkušenosti a obchodní příležitosti" na Mezinárodním strojírenském veletrhu, výstavy 3Dexpo a vydavatel webu 3D-tisk.cz, jehož obsah je archivován Národní knihovnou ČR.

Využití[editovat | editovat zdroj]

Navzdory velkému zájmu o technologie 3D tisku ze strany médií, jež informují zejména o okrajových a "populárních" způsobech využití 3D tiskáren, jako je 3D tisk ve vesmíru nebo medicínské experimenty, spadá většina dosavadních aplikací do oblasti vývoje výrobků v průmyslu. Podle výzkumné organizace Gartner v roce 2014 tvořilo cca výrazně nadpoloviční většinu aplikací 3D tisku prototypování a vývoj výrobků. K prvnímu tisku ve vesmíru, konkrétně na nízké orbitě Země, došlo v listopadu 2014, kdy byly vytištěny první testovací vzorky na ISS.[3]

Velikostní extrémy[editovat | editovat zdroj]

Výzkum[4] na Technische Universität Wien odhalil, že je možné vytisknout i objekty v nanometrových velikostech. Vědci použili tekutou pryskyřici a laserový paprsek ve spojení s pohyblivými zrcadly.

Druhým extrémem jsou stavby vytvořené 3D tiskem. Takto „vytisknuté“ domy mají nesporné výhody oproti domům klasickým. Například v čase stavby, kdy 3D tiskárně stačí rekordních 20 hodin k uskutečnění projektu. Dále také ušetření provozních nákladů, vzhledem k počtu lidí provádějících stavbu. Čínská firma WinSun[5] v jednom dni vytiskla 10 jednopatrových domků. Použili při tom tiskárnu o rozměrech 10 metrů na výšku a 6,6 metru na šířku.

Zdravotnictví[editovat | editovat zdroj]

Vědci tisknou objekty podobné kostem a podařilo se již vytisknout umělou čelist a lidské ucho. Lékaři doufají, že technologie nakonec umožní upravit tiskárnu a zásobník tak, aby šlo tisknout „živé“ objekty. Šlo by o vrstvy ze skutečných buněk, které by po nanesení zůstaly funkční. K tomuto postupu by se používala náplň z embryonálních kmenových buněk. Tento materiál je však vysoce citlivý a tak je potřeba tisknout v prostředí, které je pro tento typ buněk uzpůsobeno. Tato technologie by otevřela cestu k vytváření celých orgánů pro transplantace.

Spotřební zboží[editovat | editovat zdroj]

Aktuálním trendem v tomto oboru je tisk nejen surovin, ale už i celého pokrmu. Tento projekt rozvíjí i NASA. Astronauti by se měli dostat k chutnému, výživnému a snadno připravitelnému jídlu. Předpokládá se využití několika náplní, které se na sebe postupně navrství až do konečné podoby.

Na konferenci CES (Veletrh spotřební elektroniky) 2014 Avi Reichental představil typy tiskáren, které laické veřejnosti vytisknou cukrovinky kdekoliv. Tyto tiskárny používají k tisku čokoládu či cukr naplněný vanilkovou, mentolovou nebo melounovou příchutí. Zajímavostí je, že díky nanášení vrstvy za vrstvou je možno dosáhnout tvarů, které by se v klasické gastronomii neobjevily.

Zbraně[editovat | editovat zdroj]

V roce 2012 aktivistická skupina z USA Defense Distributed na svých stránkách uveřejňuje plány a materiály k domácímu vytištění zbraně v 3D tiskárně. Tento krok však nevyvolal žádné pozdvižení, protože se nejednalo o klasickou „palebnou“ zbraň, ale šlo pouze o zbraň plastovou, která byla schopna vystřelit jen jeden plastový projektil. Skupina pokračuje ve své činnosti dále a vyvíjí plány na zásobník a náboje ke zbrani AR-15 a náboje ke zbrani AK-47 (stále plastové). Karta se však obrací 5. května 2013 kdy se na stránkách této organizace objevuje plánek k vytištění jedno-projektilové pistole „The Liberator“. Tato zbraň je totiž schopna vystřelit náboj .380 ACP8, který se normálně používá ve zbraních s ráží 9 mm. Již 9. května stejného roku je tato skupina kontaktována Ministerstvem zahraničí Spojených států amerických s požadavkem ohledně stažení těchto plánů. Tvrzení bylo takové, že skupina tímto porušovala ústavu. Skupina okamžitě vyhověla, v tu dobu se už ale plány nacházely na mnoha internetových stránkách a fórech.

V roce 2013 Texaská společnost Solid Concepts demonstruje vytištěnou kovovou verzi pistole M1911 pomocí průmyslové 3D tiskárny.

Umění[editovat | editovat zdroj]

V roce 2005 se v akademických kruzích začalo mluvit o možném použití 3D tisku v umění. O dva roky později média pokračují článkem v deníku Wall Street Journal a Time Magazine, kde ukazují 3D vytištěné počiny mezi stem nejlepších designů roku. Během London Design Festival v roce 2011 byla 3D tisku v umění věnována dokonce celá instalace ve V&A (Victoria and Albert Museum). Instalace byla pojmenována Industrial Revolution 2.0: How the Material World will Newly Materialize.

Část z nedávného vývoje 3D tisku byla odhalena během 3DPrintshow v Londýně, která se konala v listopadu 2013 a 2014. Umělecká expozice obsahovala vytištěná díla z plastu i kovu. Několik umělců, jako je Joshua Harker, Davide Pretem Sophie Kahn, Helena Lukášová, Foteini Setaki ukázali, jak 3D tisk může změnit estetické a umělecké postupy.

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. THAYER, Jeffrey S. "Competitive Strategic Advantage Through Disruptive Innovation." [online]. c1984. Dostupný z WWW: <http://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/10954/35749974.pdf>.
  2. http://www.scienceworld.cz/aktuality/3d-tisk-ze-skla-pisku-i-kmenovych-bunek/ - 3D tisk ze skla, písku i kmenových buněk
  3. WALL, Mik. Space Station's 3D Printer Makes 1st Part [online]. Space.com, [cit. 2014-11-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  4. www.tuwien.ac.at [online]. www.tuwien.ac.at, [cit. 2016-05-19]. Dostupné online.  
  5. www.yhbm.com [online]. www.yhbm.com, [cit. 2016-05-19]. Dostupné online.  

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]