Přichází nová průmyslová revoluce: 3D tisk vytiskne dům i třeba jídlo

V současnosti není problém vytisknout na 3D tiskárně model domu či městské čtvrti. Velký význam má 3D tisk i pro internet věcí. Na jedné straně jsou obří projekty, na druhé stolní výroba malých předmětů.

Rani Tolimat 11.10.2020
V Dubaji otevřeli kancelářskou budovu, která je zřejmě první funkční... | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy V Dubaji otevřeli kancelářskou budovu, která je zřejmě první funkční... | foto: Reuters
V Dubaji otevřeli kancelářskou budovu, která je zřejmě první funkční...

V Praze je na Vltavě u Střeleckého ostrova zakotvený ponton, na kterém stojí dům. Vypadá jako luxusní chata nebo hausbót, jeho interiér připomíná lodní kajutu. Stěny jsou módně zakřivené, stavba má proto typický organický tvar, díky kterému získala i jméno – Prvok. Podle autora Michala Trpáka svými konturami nejvíc připomíná právě tyto jednobuněčné organismy. Obytná plocha zabírá 43 metrů čtverečních, což zhruba odpovídá malému dvoupokojovému bytu nebo větší garsonce. Zdánlivě nic zvláštního.

Až na jednu důležitou skutečnost – celý dům je vytištěn na 3D tiskárně. Respektive 3D tiskovým robotem. Kromě Prvoka lze na Střeleckém ostrově vidět i doprovodnou výstavu, jež ukazuje, jak dům vznikal. Zmíněný robot je vlastně velmi jednoduchý – v podstatě jde o dlouhé ohebné rameno na kolečkách, které se umí natáhnout na několik metrů všemi směry a nanášet na určená místa materiál. Pochází z dílny společnosti ABB a za normálních okolností se používá k poměrně prozaické činnosti – k lakování automobilových karoserií.

Poprvé v Dubaji

Trpákův tým a stavební spořitelna České spořitelny Buřinka, která celou stavbu financovala, jej ovšem nechala upravit, takže nová verze robota přezdívaná mazlivě Máša vytlačovala z hadice speciální betonovou směs. Tu nanášela v dlouhých vodorovných řadách dokola po obvodu domu, takže Prvok vypadá jako stavba z gigantických, zhruba 1,5 centimetru tlustých špaget. Na první pohled neohrabaná Máša je ve skutečnosti hodně rychlá.

Prvok není ani zdaleka první tištěný dům na světě – ten vznikl již v roce 2016 v Dubaji. Šlo o část stále budovaného Futurologického muzea s názvem Office of the Future. Oproti Prvokovi byla „Kancelář budoucnosti“ pořádný obr, měla podlahovou plochu zhruba 220 metrů čtverečných a k její stavbě posloužila speciální 3D tiskárna vysoká skoro sedm metrů.

Hrubá stavba „domu z tiskárny“ zabrala pouze několik dnů – podle autorů sedmkrát kratší dobu, než by vznikla tradičně. Celý projekt včetně střechy, oken, dveří a interiéru netrval déle než dva měsíce. Zdaleka při něm také nebylo třeba tolik lidské práce – údajně 2,5krát méně než u tradiční stavby, uhlíková stopa se snížila o pětinu. A do budoucna by 3D tisk domů měl být především výrazně levnější.

U Prvoka se to ještě příliš nepozná, náklady na prvotní přípravu betonové směsi, programování robota a podobně byly vysoké, ale podle ekonoma a analytika Pavla Šika by v budoucnu měly klesnout až na 30 tisíc korun na metr čtvereční. Stavba domu stejných parametrů by mohla přijít jen na milion a čtvrt, což oproti současným běžným cenám není mnoho.

Prvok není ani zdaleka první tištěný dům na světě – ten vznikl již v roce 2016 v Dubaji. Šlo o část stále budovaného Futurologického muzea s názvem Office of the Future. Oproti Prvokovi byla „Kancelář budoucnosti“ pořádný obr, měla podlahovou plochu zhruba 220 metrů čtverečných a k její stavbě posloužila speciální 3D tiskárna vysoká skoro sedm metrů. Podobných projektů vzniká po světě řada, nakonec i náš „malý český Prvok“ se výrazně vymyká běžným představám, co 3D tisk umí, a k čemu by měl standardně sloužit.

Technologie FDM

Pokud si laik pod pojmem 3D tisk něco představí, pak zpravidla malou stolní tiskárnu – takovou, jaké ve své holešovické továrně vyrábí firma Prusa Research podnikatele Josefa Průši. Ten má v globálně podobný úspěch jako Jaromír Jágr nebo horolezec Adam Ondra, v celosvětovém prodeji 3D tiskáren je na druhé příčce. Našel si skvělé místo na trhu – aktuální model Prusa i3 Mk3S je podle jeho slov „vyvážená střední třída s ideálním poměrem ceny a výkonu“.

Přijde zhruba na 20 tisíc, takže si jej může pořídit prakticky každá firma, škola nebo zapálení nadšenci, přičemž odvádí mnohem lepší práci než levnější čínské modely, které dle Průši „za rok za dva nezbývá než vyhodit, je to tradiční spotřební zboží“. Dům ani nic podobného ovšem na Průšově tiskárně vytisknout nelze, slouží k jiným účelům. K jakým? Obecně řečeno, k výrobě drobných objektů z plastu – do této kategorie patří reklamní předměty, modely, hračky nebo různé spotřební zboží.

Stolní tiskárny používají takzvanou technologii FDM, základním stavebním materiálem je tavný drát. Stroj jej nanáší na místa určená počítačovým programem a po roztavení vzniká hladká plocha, případně textura podle představ výrobce. Rozhodně ale nejde jen o výrobu plastových výlisků na jedno použití.

Stolní tiskárny používají takzvanou technologii FDM, základním stavebním materiálem je tavný drát. Stroj jej nanáší na místa určená počítačovým programem a po roztavení vzniká hladká plocha, případně textura podle představ výrobce. Rozhodně ale nejde jen o výrobu plastových výlisků na jedno použití – proto by se 3D tisk ve světě nepoužíval. V různých oborech, jako jsou architektura nebo projektování, jej nadšeně přijali jako spásnou technologii.

V současnosti totiž vytisknout model domu nebo celé městské čtvrti na 3D tiskárně není problém a v zásadě k tomu lze použít počítačovou dokumentaci, v níž projekt vzniká – oproti časům, kdy se modely vyráběly ručně nebo se zadávaly do tradičních továren, je to obrovský pokrok. Velký význam má tisková technologie i pro internet věcí – většina krabiček, v nichž se skrývají čidla pohybu, lidské přítomnosti nebo kouře, se také tiskne.

V neposlední řadě 3D tisk používají k výrobě prototypů inovátoři, zlepšovatelé, vynálezci či vývojáři, které najdeme v každé druhé firmě. Na jedné straně tedy máme obří projekty typu stavba domu, na druhé stolní výrobu drobných předmětů. Možná nejzajímavější segment 3D tisku se však nachází někde mezi – jde o průmyslový tisk na strojích, které za 20 tisíc pořídit nelze, tyto už stojí kolem milionu nebo i víc. Zato ale dokážou věci, o nichž se lidem možná nikdy nesnilo.

Fascinující svět s odlišným přístupem

„Na rozdíl od stolních přístrojů nevyužívají průmyslové tiskárny tavný drát, ale technologii zvanou multi jet fusion. Jejím základ tvoří jemný tavný prášek, který se nanáší pomocí tiskové hlavy a na určených místech se spéká,“ vysvětloval nedávno Ondřej Štefek z firmy 3Dees. „Má to dvě hlavní výhody. Za prvé je celý proces rychlejší a mnohem snáze se při něm šetří výrobní náklady, protože je méně náročný na materiál. A za druhé mají hotové produkty podstatně lepší technické vlastnosti.“

Druhá výhoda se hodila především v počátcích koronavirové krize letos v březnu, kdy se celé zemi fatálně nedostávalo zdravotnických pomůcek. Firma 3Dees tehdy začala pomocí práškové technologie vyrábět profesionální zdravotnické polomasky. „Zkoušelo se to i na stolních tiskárnách – s modelováním nebyl problém, ale tavný drát je příliš hrubý materiál, masky nebyly vzduchotěsné, a tím pádem se nedaly použít,“ vysvětluje Štefek. Zato polomasky, které vymyslel CIIRC a 3Dees pomáhalo s tiskem a jejich distribucí, se osvědčily výborně.

Digitalizace otvírá nový, fascinující svět s naprosto odlišným přístupem. Součástku popíšete pomocí jejích vlastností – pružnost, pevnost, krouticí moment a podobně. A software potom požadované funkce obalí materiálem. Vznikají tak velmi komplexní, složité povrchy a struktury, které by byly standardní metodou nevyrobitelné.

„Dohodli jsme parametry a do týdne spustili výrobu.“ Podobnou zkušenost měla firma Y Soft, která se tehdy pustila do výroby obličejových štítů – ani tady se stolní 3D tiskárny neuplatnily, zato průmyslový tisk ano. Tolik k porovnání práškového tisku a tavného drátu – jenže průmyslový 3D tisk zasahuje i do oblasti běžné průmyslové sériové výroby technologií vstřikolisu (jde o nejčastější metodu, jak vyrábět plastové produkty pomocí forem).

Nejde ale jen o to, že je to levnější a rychlejší – 3D tisk umožňuje technologické změny, které vstřiky nikdy nezvládnou. Podle odborníků tak nastává nenápadná, ale přesvědčivá revoluce. „Dříve konstruktéři vycházeli ze základních tvarů. Hranol, válec, plech – ty soustružili, frézovali, svařovali, ohýbali,“ vysvětloval v nedávném rozhovoru pro časopis Svět chytře šéf českého Siemensu Eduard Palíšek.

„Design byl podřízen materiálu. Digitalizace otvírá nový, fascinující svět s naprosto odlišným přístupem. Součástku popíšete pomocí jejích vlastností – pružnost, pevnost, krouticí moment a podobně. A software potom požadované funkce obalí materiálem. Vznikají tak velmi komplexní, složité povrchy a struktury, které by byly standardní metodou nevyrobitelné.“

Námět pro sci-fi

Podle Štefka to v praxi znamená především obrovskou úsporu materiálu, a tudíž i menší rozměry a hmotnost. Předváděl to například na držadle pro záchranářské lopaty, které váží pouze osm gramů a v zásadě ho tvoří umělohmotná síťovina. Člověk by řekl, že se při prvním použití zlomí, ale to nehrozí. „Svou mechanickou odolností splňuje všechny potřebné nároky a přitom je lehoučké, což se při zásahu v lavině hodí – záchranáři musejí občas ujít co nejrychleji dlouhé kilometry. A tady je každý gram znát,“ vysvětluje Štefek.

„Počítač dokáže vymodelovat libovolný díl tak, aby odvedl svou práci co nejlépe, a přitom na něm bylo jen tolik materiálu, kolik je bezpodmínečně nutné. To by sebelepší tradiční forma nezvládla.“ Podobně působí i další výrobek z dílny ostravské společnosti Invent Medical – kraniální helmy pro novorozence, jimž se v prenatálním stadiu nedostatečně vyvinula lebka, a pak několik týdnů musejí nosit tuto kompenzační pomůcku. I tady záleží na každém gramu.

Existují i projekty, které sice zatím fungují jen teoreticky nebo maximálně v prototypech, zato by se daly považovat za dobrý námět pro sci-fi. Třeba 3D tisk jídla – do příslušných nádob rozmístíte potřebné ingredience a pak sledujete, jak z výdejního okénka vyjede hotová a přesně připravená pochoutka. Tomu se věnuje firma BeeHex, jejíž tiskárny zvládají například pizzu či ravioly.

Existují i projekty, které sice zatím fungují jen teoreticky nebo maximálně v prototypech, zato by se daly považovat za dobrý námět pro sci-fi. Třeba 3D tisk jídla – do příslušných nádob rozmístíte potřebné ingredience a pak sledujete, jak z výdejního okénka vyjede hotová a přesně připravená pochoutka. Tomu se věnuje firma BeeHex, jejíž tiskárny zvládají například pizzu či ravioly (očividně s láskou k italské kuchyni).

Ještě pozoruhodnější je technologie, díky které by časem mělo jít tisknout lidské tkáně, nebo dokonce celé orgány. Na loňské vídeňské konferenci Pioneers ji představila firma Cellink. „Základem jsou lidské buňky, ty ničím nahradit nelze,“ vyprávěl její šéf Eric Gatenholm.

„Odeberou se z tkáně a vloží se do speciálního materiálu, kterému se říká bioinkoust. A ten se pak používá jako základní stavební materiál pro tisk libovolných struktur. Za několik týdnů buňky dozrají a začne se v nich vytvářet kolagen, bílkovina tvořící základní stavební složku pojivových tkání. A v tu chvíli už se tkáň může normálně vyvíjet.“ Možná právě tak vypadá budoucnost transplantací – uvidíme za pár let…

Počet příspěvků: 3, poslední 14.10.2020 05:18 Zobrazuji posledních 3 příspěvků.