Netušené možnosti 3D tisku

Helena Vrecková  |  Věda

Bydlet ve vytištěném domě nebo si nechat vytisknout pohyblivou protézu? Je to vůbec možné?

Když se poprvé začalo uvažovat o 3D tisku, znělo to trochu jako sci-fi. Domácnosti si samy vytisknou potřebné věci či nábytek. Děti si nechají vytisknout hračky a oběd se sám vytvoří během několika minut v tiskárně. A přesto se to během několika let stalo téměř skutečností.

Počátky 3D tisku byly nákladné a relativně pomalé. Začínalo se s používáním jednoduchých materiálů a vytvářely se malé nenáročné objekty. Často modely jídla. Tak jako je to s každou technologií se i 3D tisk začal velmi rychle rozšiřovat. Tisknou se modely hraček a zajímavé předměty. Využívá se mnoho různých materiálů. Jednodušší tiskárny si už můžete zakoupit i domů.

Dva velikostní extrémy

3D tisk se dostal i do lékařských výzkumů, kdy byli vědci schopni nechat vytisknout například ucho z živých tkání. Ani zde se však možnosti tisku nezastavily. Vědci testovali také velikosti, do kterých je možné 3D tisk používat.

Vznikly tak detailní trojrozměrné objekty v nanometrových velikostech. Tento výzkum se odehrál na Vídeňské univerzitě (Technische Universität Wien). Vědci použili tekutou pryskyřici a laserový paprsek ve spojení s pohyblivými zrcadly. To umožnilo vytvořit objekty velikosti zrnka písku.

Vědci si tak ověřili, že lze pracovat s 3D tiskem v miniaturních velikostech. Ale co tisk velkých objektů? Například domů?

Video zachycuje tisk jednoho z objektů o velikosti pouhých několika stovek nanometrů:

Dům z tiskárny

Podle doktora Behrokha Khoshnevise by ani tento úkol neměl být nepřekonatelný. Ve své přednášce na TEDx představil své plány na stavby domů pomocí 3D tisku. Na tento nápad vědce přivedly vlastní problémy s domovem po zemětřesení. Během několika málo let se doktor Khoshnevis a jeho studenti začali pokoušet o využití technologie 3D tisku pro stavby domů.

Již na počátku však museli řešit problém se stavebním materiálem. Původní testy v malém měřítku s využitím jílu byly úspěšné, avšak práce s betonem vyžaduje složitější stavební postup a formy. Tento problém byl nakonec vyřešen speciálním vláknobetonem, který během stavby nepotřebuje podporu. Tým doktora Khoshnevise dokázal stavět kruhové zdi vysoké až 6 stop (1,8288 metrů).

Takto stavěné domy by samozřejmě měly nesporné výhody oproti klasickým stavbám. Především jejich rychlost vytvoření (taková stavba neměla trvat déle než 20 hodin) a nízká cena. Vzhledem k tomu, že by k obsluze stroje bylo potřeba minima lidí, tak by se ušetřilo nejen na financování platů, ale snížila by se i rizika nehodovosti na stavbě. Stavba by byla přesně podle plánů.

Plány na stavbu domů 3D tiskem:

Vhodné by to bylo především pro oběti přírodních katastrof, které přišly o střechu nad hlavou, nebo pro využití v chudých oblastech světa.

Ačkoliv se to však zdá jako dokonalé, je vše stále jen u grafických návrhů a počítačových plánů. Celý tým zatím reálně stále setrvává u staveb zdí. Navíc je u tohoto výzkumu také stále ještě mnoho nezodpovězených otázek. Půjde v průběhu stavby ještě možné dům upravit? O kolik je dražší speciální vláknobeton než klasický beton? Zvládne všechny části domu postavit jediný stroj? Jak složitý bude přesun stroje k dalšímu domu?

Pracovní tým doktora Khoshnevise si však překážky uvědomuje a přesto neztrácí naději, že je jejich projekt realizovatelný. V čemž ho podporuje také například NASA.

Vytisknutí vcelku i s klouby

Trochu jiným případem 3D tisku je výroba kloubových předmětů. Do nynějška se 3D tisk realizoval především vytvářením celistvých objektů, které se k sobě následně mohly připojovat. Nový software vytvořený vědci z několika univerzit, umožní tisk objektů v celku i s pohyblivými klouby (abstrakt k přečtení zde).

V čem je tedy tento software tolik odlišný oproti ostatním, že umožní vytisknout pohyblivé součásti v jednom celku? Jedná se především o práci na modelech před tiskem. Člověk vybere model, který chce vytisknout. Počítač vnímá povrch objektu jako drobné trojúhelníkové spoje. Díky tomu snadno určí úhly mezi jednotlivými trojúhelníky a nalezne ohyby. V těchto místech vyznačí spoje (předpokládanou kostru objektu).

Uživatel počítače v programu vybere, o jaký typ kloubů se jedná (koleno, loket, páteř, ocasové klouby, atd.). Podle tohoto určení jim počítač přiřadí určitý stupeň volnosti k pohybu. Program musí optimalizovat velikost kloubu, aby odpovídal velikosti modelu.

(Cornell University)

V další fázi je pak model rozdělen na 3D části, v nichž je již počítáno také s vloženými klouby. Nakonec začne tisk. Tiskárna pracuje se dvěma různými typy materiálů. Prvním je plast, který tvoří pevné části objektu. Druhým je dočasný materiál, který při tisku vyplňuje místa kolem kloubů, aby zpevnil objekt. Tato výplň se pak rozpadne a zbydou pouze pevné části s klouby.

Podle vědců by bylo vhodné ještě přidat další materiál, který by po tisku skrýval klouby, ale přitom byl dostatečně elastický k umožnění pohybu (jako lidská kůže).

Tento typ tisku by mohl být využit při vytváření například pohyblivých protéz nebo k tisku robotů.

Nejčtenější