3D MISTŘI

Oslovili jsme dva z českých propagátorů 3D tisku a položili jim stejné otázky.

Josef Průša navrhuje a staví 3D tiskárny v rámci open-source projektu RepRap. Jeho vzor Prusa-Mendel patří k těm nejrozšířenějším. Dnes o konstrukci 3D tiskáren přednáší a pořádá kurzy, kde si takovou tiskárnu můžete sami postavit. Josef založil firmu Prusa Research.

Jaké změny podle vás přinese 3D tisk do každodenního života? U 3D tisku nejde nic moc predikovat, každý den nás překvapují zákazníci s novými nápady, co mohou tisknout. Síla 3D tisku je právě v tom, že je použitelný pro cokoliv a nejenom pro jednu konkrétní věc. S tím, jak se neustále zjednodušuje software, technologie je dostupnější pro stále širší okruh lidí a kdo ví, třeba jednou opravdu bude mít 3D tiskárnu doma každý.

Kde leží největší potenciál 3D tisku? V personalizovaných objektech. Nemusíte tupě kupovat stejnou věc, jako má tisíc dalších lidí, máte možnost si vše přizpůsobit přímo pro vás. Tiskárně nevadí, že se design pokaždé mění.

Proč jste se začal věnovat 3D tisku a co je na tomto oboru nejzajímavější?
Tohle je asi nejnudnější část mého příběhu, po maturitě jsem se nudil a objevil jsem 3D tisk a projekt RepRap na internetu. Byl to koníček a postupně se z toho vyklubala celosvětově úspěšná firma. Nejzajímavější je určitě to, jak šíleně rychlým tempem tento obor postupuje.

Spolupracujete s designéry nebo umělci?
Mnoha mým zákazníkům z řad designérů a umělcům pomáhám s realizací jejich projektů. Je fajn vidět, co jim moje tiskárna umožňuje vytvořit.

Na jakém zajímavém projektu momentálně pracujete? Pořád inovujeme, ale aktuálně se nejvíc zaměřujeme na jednoduchost používání pro netechnické zákazníky.

Co byste chtěl, aby bylo možné v budoucnu vytisknout?
Těším se, až budeme schopní tisknout reálnou elektroniku.

Tomáš Soóky založil společnost 3Dwiser, která se zabývá 3D tiskem. Se studiem Wlide Space připravil projekt tištěných židlí. www.3dwiser.cz
Jaké změny podle vás přinese 3D tisk do každodenního života?
Dvacet let je velmi dlouhá doba, ale 3D tiskové technologie budou zřejmě patřit mezi nejdůležitější, které ovlivní náš život. Jisté je, že současné 3D tiskové technologie budou nahrazeny novými, mnohem rychlejšími, přesnějšími a univerzálnějšími. Pokud již dnes vlastníte 3D tiskárnu v ceně řádově kolem 30 tisíc korun, některé jednoduché věci se vám vyplatí spíše vytisknout, než hledat nejvhodnější výrobek na internetu - nebo pro něj jet do specializované prodejny. Obzvláště různé plastové součástky typu náhradních dílů - takto je můžete mít za hodinu na stole, včetně případného vlastního návrhu.

Kde leží největší potenciál 3D tisku?
Osobně vidím největší potenciál v možnosti individualizovat každý výrobek. 3D tisk nám dává možnost projevit individuální vkus a odlišit se od masových, mainstreamových výrobků. Dává vám možnost vytvářet výrobky s velkou přidanou hodnotou, a toto zákazníci dokáží ocenit. Poskytuje nám určitou míru svobody v rozhodování (pokud se mi aktuální nabídka nelíbí, tak si vytisknu svoji alternativu), je ale zapotřebí si uvědomit materiálové omezení současně dostupných technologií.

Proč jste se začal věnovat 3D tisku a co je na tomto oboru nejzajímavější?
Oblast 3D tisku prochází překotným vývojem, prakticky každý den se objevují noví výrobci, technologie a materiály. Proto jsme viděli velký potenciál ve společnosti, která je schopna zákazníkům pomoci orientovat se v 3D tisku a prošlapávat jim cestu. Právě tyto výzvy jsou pro mne největším hnacím motorem, a důvodem proč se věnuji právě 3D tisku.

Spolupracujete s designéry nebo umělci?
Designéři a umělci patří mezi naše vážené zákazníky. Většinou velmi přesně znají očekávaný výstup své vize, ale k realizaci nacházíme cestu společně. Pokaždé to je jiný proces, a pokaždé se naučíme něco nového. Spolupracujeme jak se začínajícími umělci, tak s těmi známějšími.

Na jakém zajímavém projektu momentálně pracujete?
Velmi nás zaujal projekt Petra Bakoše a Petr Fialy ze studia Wlide space, kteří přišli s konceptem 3D tisknutého nábytku, konkrétně židlí. Podobných pokusů známe několik, ale tento koncept je unikátní svojí otevřeností a hlavně praktickou použitelností. Na prvních kusech již pracujeme a mimo jiné budou k vidění na našem stánku na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v září.

Co byste chtěl, aby bylo možné v budoucnu vytisknout?
Kvalitní šampaňské:)

D
C

 Návrhy židlí projektu Cutone od studia Wlide Space. Jde o kombinaci tištěných sedáků a podnoží. Jednotlivé kusy nemusí být nutně tištěny a mohou využít i klasičtější výrobní postupy. Systém napojení je poskytnut všem designérům jako opensource.

Co je 3D tisk? 
Technologický vývoj ovlivňuje lidskou historii pravděpodobně více než cokoliv jiného. Myslete třeba na žárovku, parní stroj, automobily, letouny. O vzestupu Internetu ani nemluvě. Tyto technologie dělají náš život lepším mnoha způsoby, otevřely nám nové cesty a možnosti, ale obvykle trvá dlouho, někdy dokonce i desetiletí, než se skutečný revoluční charakter jednotlivých technologií stane zřejmým. Je často diskutovanou teorií, že 3D tisk nebo aditivní výroba (Additive Manufacturing – AM), má obrovský potenciál stát se jedním z těchto technologií. 3D tisk se často objevuje v televizi, v běžných novinách včetně on-line kanálů. Co je vlastně 3D tisk, o němž někteří tvrdí, že má skoncovat s tradičním pojetím výroby tak, jak jej dnes známe? Technologie, která má zásadně změnit design výrobků a nastartovat geopolitické, hospodářské, sociální, demografické, environmentální a bezpečnostní změny, které nakonec ovlivní náš každodenní život? Klíčem k pochopení 3D tisku je její aditivní způsob výrobního procesu. 3D tisk je radikálně odlišná výrobní metoda založená na pokročilé technologii, která vytváří třírozměrné objekty přidáváním jednotlivých vrstev materiálu po velmi malých krocích. A právě tím se liší od jakékoliv jiné stávající tradiční výrobní technologii. Existuje celá řada omezení v tradiční výrobě, založená primárně na lidské práci a ruční výrobě. Nicméně, svět výroby se postupně mění, a její automatizované procesy, jako třeba obrábění a odlévání, jsou složitými procesy, které vyžadují sofistikované pracovní postupy, stroje, počítače a robotické technologie. Tyto výrobní metody jsou založené na odebírání (např frézováním, broušením) materiálu z většího bloku a to je zásadní omezení v rámci celkového výrobního procesu. Během obrábění, to může mít za následek až 90% ztrátu původního materiálu, který se znehodnocuje během výrobního procesu. Oproti tomu 3D tisk je způsob pro vytváření trojrozměrných objektů přímo, postupným přidáváním materiálu, vrstvu po vrstvě, různými způsoby, v závislosti na použité technologii. 3D tisk je technologie, která umožňuje a podporuje inovaci s nevídanou volností ve vývoji, přičemž zásadně snižuje náklady a zkracuje čas potřebný pro vývoj. Komponenty mohou být navrženy tak, aby se zabránilo zvýšeným požadavkům na montáž, a složité geometrické tvary výrobků již nemusí znamenat zvýšení nákladů. 3D tisk je také energeticky efektivní technologií, která výrazným způsobem může přispět k zvýšení environmentální účinnosti výrobního procesu, a k prodloužení životního cyklu výrobků a to např. prostřednictvím lehčí a silnější konstrukce. V posledních letech 3D tisk už překročil hranice průmyslového prototypování a aditivní výroby a technologie se stala dostupnější pro malé podniky i pro jednotlivce; nejlevnější 3D tiskárnu už lze získat za cenu lehce přesahující 20 000 korun českých.

To otevřelo technologii mnohem širšímu publiku, a tak adaptace 3D tiskových technologií exponenciálně roste ve všech oblastech a objevují se stále a stále nové systémy, materiály, aplikace a služby.

Poprvé se 3D tiskové technologie objevili na konci osmdesátých let minulého století, kdy byly nazýváni jako technologie pro výrobu prototypů (Rapid Prototyping – RP). To proto, že proces byl původně koncipován jako rychlý a nákladově efektivní způsob vytváření prototypů. Jako zajímavost stojí za zmínku, že první žádost o patent na RP technologie byla podána Dr. Kodamou, v Japonsku v květnu 1980. Bohužel pro Dr. Kodama, plná technická specifikace patentu nebyla dodána ani během roční lhůty od podání, což je zvláště pikantní vzhledem k faktu, že Dr. Kodama byl patentovým právníkem. V reálu však původ 3D tisku lze datovat až od roku 1986, kdy první patent byl vydán na stereolitografický přístroj (SLA). Tento patent patřil k jistému Charlesovi (Chuck) Hullovi, který jako první vynalezl technologii SLA v roce 1983. Hull se stal spoluzakladatelem společnosti 3D Systems, jednoho z největších a nejvíce plodných organizací působící v oblasti 3D tisku dodnes. 3D tisk už v roce 1987 Jejich první komerční RP systém, SLA-1, byl představen v roce 1987 a po intenzivním testování první z těchto systému byl prodán v roce 1988. Jak je poměrně typické pro inovativní technologie, vývoj běžel paralelně na několika frontách. Zatímco SLA může tvrdit, že byl první komerčně dostupnou technologií pro rapid prototyping, v roce 1987 Carl Deckard, který pracoval na University of Texas, podal žádost na patent v USA pro technologii selektivního spékání laserem (Selective Laser Sintering – SLS). Tento patent byl vydán v roce 1989 a SLS byl později licencován společností DTM Inc, který byl později koupen společností 3D Systems. Rok 1989 byl také rokem, kdy Scott Crump, spoluzakladatel společnosti Stratasys Inc. podal patent na modelování pomocí taveného plastu (Fused Deposition Modeling – FDM). Tuto proprietární technologii (někdy značený i jako Fused Filament Fabrication – FFF) využívají také 3D tiskárny založené na open source modelu RepRap, rožšířené po expiraci patentu na FDM v roce 2009. Z USA do EvropyVývoj probíhal i v Evropě, ne jenom v USA. V roce 1989 byla založena společnost EOS GmbH Hansem Langerem v Německu. Společnost se zaměřila na proces spékání laserem (Laser Sintering – LS) a vyvinula vlastní alternativu (Direct Metal Laser Sintering – DMLS). V následných letech se objevilo několik dalších technologií 3D tisku, jako Ballistic Particle Manufacturing (BPM) původně patentovaný Williamem Mastersem, Laminated Object Manufacturing (LOM) původně patentovaný Michaelem Feyginem, Solid Ground Curing (SGC) původně patentovaný by Itzchakem Pomerantzem a Three Dimensional Printing (3DP) původně patentovaný Emanuelem Sachsem a jeho kol. A tak brzká devadesátá léta se stala svědkem rostoucího počtu konkurenčních společnosti v oblasti výroby prototypů a aditivní výroby, avšak pouze tři z původních firem fungují do dnes – 3D Systems, EOS a Stratasys. Vývoj se samozřejmě nezastavil a v průběhu devadesátých letech minulého století a i po roce 2000 byla představena další řada nových technologií s hlavním zaměřením na industriální využití výroby prototypů a aditivní výroby. Vznikla řada významných společností, jako např. Sanders Prototype (později Soildscape) a ZCorporation v roce 1996, Arcam v roce 1997, Objet Geometries v roce 1998 a Voxeljet v roce 1999. Neměli bychom zapomenout ani na společnosti EnvisionTec (rok 2000) nebo ExOne (rok 2005).Tyto technologie, ač významné samy o sobě, těšili se spíše lokálnímu úspěchu, jejich opravdový dopad na globální trh ještě nechával čekat na sebe. Rostoucí potenciál 3D tiskuNa začátku 21. století, sektor 3D tisku začal vykazovat známky diverzifikace, s důrazem na dvě oblasti. Za prvé, to byly profesionální systémy založené 3D tiskových technologiích (byť stále velmi nákladné), které byly zaměřeny na výrobní procesy s vysokou přidanou hodnotu. Tato oblast stále roste – a výsledky jsou nejvíce viditelné v leteckém průmyslu, v automobilovém průmyslu a v medicíně. Je důležité si připomenout obrovský potenciál 3D tisku např. oblasti výroby šperků nebo v malosériové výrobě.Za druhé, někteří výrobci se zaměřili na vývoj konceptů a výrobu prototypů. Jednalo o 3D tiskárny, které byly levnější, uživatelsky přívětivé a bylo možné je používat i v kancelářském prostředí. Tyto stroje byly předchůdci současných stolních 3D tiskáren.Při pohledu zpět, to bylo období příslovečného klidu před bouří. Bouře přicházíV roce 2007 se na trhu objevila první 3D tiskárna s cenovkou nižší než 10.000 dolarů od 3D Systems, ale nesplnila očekávání, které do ní vkládali. Svatým grálem 3D tisku bylo tehdy považováno přelomení cenové hranice 5.000 dolarů, jako klíč k otevření 3D tiskových technologií pro mnohem širší publikum. Jak se to však ukázalo později, rok 2007 byl přesto rokem, který bychom mohli označit mezníkem pro masové rozšíření 3D tisku, i když si to tehdy ještě málokdo uvědomoval. Začala se totiž psát historie RepRapu. Dr. Adrian Bowyer stvořil koncept RepRap, 3D tiskovou technologii založené na open source platformě. Hlavní výhodou této technologie kromě otevřenosti byla schopnost sebereplikace. Samotné principy RepRapu byly sepsány již v roce 2004, ale bylo zapotřebí ještě několika let usilovné práce na vývoji, a až v roce 2007 se začali objevovat první úspěchy. Veškerá dokumentace potřebná pro sestavení hardware a provoz vlastního RepRapu, včetně firmware a řídícího software, je uvolněna pod licencí GNU General Public License. Díky celkové otevřenosti a cenové dostupnosti se RepRap stal velmi oblíbeným projektem celosvětové DIY/Maker komunity. Ceny klesají, obliba 3D tisku rosteDalším fenoménem, který výrazně přispěl k masovému rozšíření 3D tisku je princip komunitního financování. V posledních několika letech se objevilo několik velmi úspěšných 3D tiskáren, které svou historii začali psát pomocí Kickstarteru. Nejznámější projekty jsou zřejmě B9Creator, Form1 nebo Robox. Jak se stával 3D tisk stále rozšířenějším, jak se zlepšovali jeho technické možnosti, klesala cena technologií a objevovali se stále nové materiály vhodné k použití, začali se objevovat nové možnosti aplikací 3D tisku. A to zákonitě vyvolalo značnou mediální pozornost, která na jednu stranu přispěla k popularizaci 3D tisku, zároveň ale často vyvolával nereálné očekávání u neodborného publika. 3D tisk bývá často titulován jako spouštěč další průmyslové revoluce, co může způsobit poněkud přehnaně. Co ale nelze popřít, je jeho značný dopad na různá průmyslové odvětví a obrovský potenciál, který 3D tisk teprve přinese pro masové spotřebitele. Přesný rozsah a forma tohoto rozvoje zatím zakrývá mlha budoucnosti.

Výchozím bodem pro každý 3D tiskový proces je 3D digitální model, který může být vytvořen pomocí různých specializovaných programů – v průmyslu se nejčastěji používá AutoCAD, Inventor a SloidWorks, existují ale cenově mnohem dostupnější aplikace i pro masové využití, např. SketchUP, Tinkercad, OpensSCAD nebo Blender. Obrovske množství hotových 3D modelů je dostupných díky různým tržištím, jako např. Thingiverse, Shapeways, Threeding nebo Sketchfab atd. Většina 3D modelů je dostupných zdarma, nebo za malý poplatek a zároveň obsahují i různé praktické rady pro úspěšný tisk. Vhodný model lze získat i pomocí skenování 3D scanneru. 3D model je pak „nařezán na plátky“ pomocí speciálních aplikací tzv. slicerů (ang. slicers) a díky tomu je pak 3D tiskárny můžou zpracovat a následně model zhmotnit. Jak již bylo zmíněno, existuje řada různých typů 3D tiskových technologií, zpracovávající materiály různými způsoby aby vytvořili finální objekt. Různé plasty, kovy, keramika nebo písek jsou již běžně používané pro průmyslové prototypování nebo aditivní výrobu. Výzkum se soustřeďuje také na 3D tisk bio materiálů nebo na různé druhy potravin (cukr, čokoláda, těstoviny, atd.). Pro masový trh materiály jsou ale mnohem omezenější. Použití plastu výrazně dominuje – obvykle ABS (Akrylonitrilbutadienstyren) nebo PLA (Polylactic acid), ale roste počet různých alternativ, včetně nylonu. Samostatnou kapitolu tvoří termoplasty s unikátní složkou, jako např. BronzFill (s vysokým podílem bronzových částic), CopperFill (s vysokým podílem měděných částic), WoodFill (s vysokým podílem dřevovlákna). Postupně se objevují materiály s karbonem anebo s elektricky vodivou složkou.


Různé typy 3D tiskáren využívají různé technologie tisku, které zpracovávají různé materiály různými způsoby. To je důležité si uvědomit, jelikož to je jeden z nejzásadnějších omezení 3D tisku – jednoduše neexistuje jedno univerzální řešení vhodné pro všechny typy aplikací. Například některé 3D tiskárny zpracovávají práškový materiál (nylon, plast, keramika, kov), které využívají světelný nebo tepelný zdroj na spékání / tavení / slučování jednotlivých vrstev prášku na vytvoření definovaného tvaru. Jiné 3D tiskárny využívají tekutý fotopolymer, který je pak následně vytvrzen pomocí světelného nebo laserového paprsku do extrémně tenkých vrstev. Podobnou technologií je tryskání jemných kapiček fotopolymerních materiálů, vzdáleně připomínající tak klasický inkoustový tisk. Pravděpodobněji nejčastější a nejznámější technologií 3D tisku je modelování pomocí vytlačování termoplastu (technologie FDM nebo FFF), kterou používá většina 3D tiskáren určených pro masový segment. Vzhledem k tomu, že díly lze tisknout přímo, je možné produkovat velmi detailní a složité objekty bez potřeby finální montáže.