3D tlač a tlačiarne – tvrdá virtuálna realita

Nie vyrábať, ale vytlačiť! 3D tlačiarne prekračujú prah profesionálnych dizajnérskych štúdií a vďaka poklesu cien a rastúcemu výkonu sa z nich zrejme čoskoro stanú praktickí členovia domácností.

 Objet

Na pohľad podobný vývoj, ako v televíznej technike, zaznamenávame aj v oblasti tlače a xerografie. Po čiernobielych výtlačkoch či kópiách nasledovala tlač vo farbe a nakoniec dostávajú tlačové výstupy aj tretiu dimenziu. Tu ale naše prirovnanie začína pokrivkávať. S trojrozmernou tlačou v plnej farbe je totiž zatiaľ trochu problém, aj keď existuje – a zabudnúť môžeme zatiaľ na 3D kopírky. Reprodukčná technika tlače totiž zahŕňa aj fázu snímania, ktorá by v tomto prípade nevyžadovala len 3D skener schopný vytvoriť hologram daného objektu, ale aby videl do útrob objektu, musel by mať zároveň vlastnosti počítačového tomografu. V opačnom prípade by sme vytlačili len sochu originálu.

 

KONŠTRUKTÉRI V MEDICÍNE

Trojrozmerná tlačiareň má naproti tomu pri vnútorne štruktúrovaných objektoch úlohu jednoduchšiu. Informácie o tvare a polohe vrstiev, z ktorých sa daný objekt skladá, dostane pekne „na tácke“ v podobe príslušného dátového súboru. Ten je najčastejšie priamo výstupom niektorého CAD (Computer-Aided Design) programu. Počas vytvárania objektu potom tlačová hlava podobne ako pri 2D tlači ukladá pixely v rovine, ale po dokončení takéhoto rezu pridá ďalšiu veľmi tenkú vrstvu a proces sa opakuje, kým nie je zhmotnený celý trojrozmerný objekt. Hoci princíp vyzerá napohľad jednoducho, ukrýva viaceré úskalia tak v oblasti technológií nanášania vrstiev, ako aj z hľadiska používaných materiálov.

 

PREČÍTAJTE SI: 3D tlačiarne zrejme zmenia medicínu

Napriek tomu 3D tlačiarne nie sú horúcou novinkou. Už roky, ba desaťročia sa používajú v profesionálnej sfére architektúry, dizajnu a v konštruktérstve, najčastejšie pri výrobe modelov a prototypov. Možnosti ich využitia sa však v poslednom čase výrazne rozširujú a okrem modelovania prototypov sa 3D tlačiarne uplatňujú aj v malosériovej výrobe, pri vytváraní foriem a jadier pre odliatky, v medicíne, a dokonca aj v domácnosti.

Možnosti využitia 3D tlačiarní sú niekedy až fantastické. Ak vás nefascinuje tlač vianočných koláčikov určených na konzumáciu, čo by ste povedali na tlač skutočného orgánu určeného na transplantáciu z kmeňových alebo iných buniek samotného príjemcu? Odpadajú reakcie imunitného systému, čakanie na darcu a ďalšie riziká. Áno, vedci už dosiahli v oblasti medicíny reálne výsledky, keďže dokážu vytlačiť kĺbové náhrady a iné endoprotézy, ale napríklad aj skutočné žily pomocou „bioatramentu“ na báze buniek. Orgány sa síce zatiaľ v klinickej praxi týmto spôsobom získať nedajú, aj keď vedci už predstavili „prototyp“ vytlačenej obličky. Podľa agentúry Gartner je však reálne za horizontom desiatich rokov očakávať výrobu biologických náhradných dielov v humánnej medicíne práve metódou 3D tlače.

 fab@home

Lacná open source tlačiareň Fab@Home Model 2, Foto: Cornell University

Evokuje vám to akýsi syndróm stvoriteľa? Veci sa nakoniec vždy ukážu zložitejšie, ako nadšenci dúfali, ale protézy, hoci aj z titánu, dokážeme tlačiť už dnes a problémom by nemali byť ani zubné náhrady. Veľkou pomocou sú 3D tlačiarne v archeológii a paleontológii, kde dokážu vytvoriť chýbajúce časti artefaktov a uplatňujú sa aj v ďalších netradičných oblastiach.

 

AKO TO FUNGUJE?

Technológií 3D tlače existuje veľké množstvo a neprestajne prichádzajú nové, lacnejšie a dokonalejšie. Nelíšia sa však obvykle vo filozofii tvorby priestorového objektu, ale skôr v použitých materiáloch a metódach vytvrdzovania vrstiev. Tu sú tie najpoužívanejšie:

 3D tlač

Po vytvorení počítačového modelu vo formáte digitálneho súboru alebo po nasnímaní 3D skenerom sa model skontroluje softvérom a následne sa dá vytlačiť. Jedným z najrozšírenejších formátov digitalizácie 3D objektov je Standard Triangulation Language (STL), formát súboru *.stl. Súbor v tomto prípade obsahuje zoznam trojuholníkov definujúcich povrch daného objektu. Ďalšie používané formáty sú napr. *.bld, *.pcy, *.sfx, *.3dc, *.zec, *.zpr, *.wrl. Freeware Google SketchUp používa svoj vlastný formát *.skp, ktorý sa ale dá konvertovať aj na iné, bežné formáty.

 3D tlač

Rozlíšenie tlače je dané hrúbkou vertikálne ukladaných vrstiev a hustotou a veľkosťou bodov ukladaných v rovine. Veľkosť bodov sa pohybuje zhruba v rozsahu 0,05-0,1 mm v priemere. Kým v rovine x-y dosahuje rozlíšenie bežne hodnoty laserových 2D tlačiarní, vertikálne rozlíšenie býva nižšie. Hrúbka vrstvy je asi okolo 100 mikrometrov (0,1 mm), pri lacných tlačiarňach aj väčšia. Naopak, niektoré profesionálne stroje dosahujú omnoho jemnejšie vertikálne rozlíšenie. Napríklad špičková tlačiareň Objet Connex 500 izraelskej spoločnosti Objet pracuje s vrstvami hrubými len 16 mikrometrov. Raritou je, že v jednej tlačovej úlohe dokáže táto tlačiareň pracovať až so 14 rôznymi materiálmi, pričom výrobca ponúka na výber zo šesťdesiatich materiálov. Objet Connex 500 disponuje tlačovým priestorom až 500 x 400 x 200 mm a môže tlačiť buď jednu veľkú súčiastku, alebo súčasne niekoľko menších v tej istej úlohe. Firma Objet vyrába aj typový rad strednej triedy tlačiarní Objet Eden a stolné tlačiarne Objet24 a Objet30. Ani najmenšie modely však nie sú určené na hobby použitie.

 Objet Connex 500

Objet Connex 500 – profesionálna 3D tlačiareň

CENOVÉ BARIÉRY PADAJÚ, 3D TLAČ JE ZÁBAVA

3D tlač sa často nazýva aj rapid prototyping (rýchla tvorba prototypov), alebo aditívna výroba (additive manufacturing). Sú to jasné odkazy na hlavnú sféru ich doterajšieho využitia – vo výrobe. V rukách kreatívcov však predstavuje silný a zaujímavý nástroj nielen na optimalizáciu produkcie a vývoja profesionálnych riešení. Vďaka zdokonaľovaniu a poklesu cien sa čoraz častejšie 3D tlačiarne začínajú objavovať aj v domácnostiach, čím sa otvára nová etapa ich využitia a ďalšieho vývoja.

 Objet

Napríklad tlačiareň MakerBot Thing-O-Matic sa momentálne predáva za 1 099 dolárov a MakerBot Replicator, ktorá je schopná tlačiť súčasne z dvoch materiálov rôznych farieb, stojí 1 749 dolárov. Vyššia cena však zjavne nie je chybou, pretože čakacia doba na vybavenie objednávky drahšieho modelu sa pohybuje okolo ôsmich týždňov, kým lacnejší je k dispozícii bez čakania.

 3D tlač

3D tlačiarne MakerBot Replicator (vľavo) a Thing-O-Matic

Cenové dno sa však nachádza omnoho nižšie a na trhu nájdeme 3D tlačiarne za cenu okolo 400 dolárov. Takou je napríklad skladačka tlačiarne RepRap (skratka z „replicating rapid prototyper“), ktorá je súčasťou projektu založeného britským matematikom a mechanikom Dr. Adrianom Bowyerom z University of Bath v r. 2005. Väčšinu jej častí vytlačili na inom RepRape, takže táto tlačiareň sa vlastne dokáže „rozmnožovať“. Na to, aby ste si mohli vytvoriť vlastný originálny objekt, nemusíte dokonca ani žiadnu 3D tlačiareň kupovať. Pošlete jednoducho súbor s digitalizovaným modelom firme, ktorá dodávateľským spôsobom predmet vytlačí v požadovanej veľkosti a z príslušného materiálu a doručí vám ho priamo domov.

 3D Tlač

Farebné plasty ABS ako spotrebný materiál pre 3D tlačiarne 

Dave Evans zo spoločnosti Cisco si myslí, že môžeme očakávať skorý rozvoj 3D kopírovacích či tlačiarenských centier, kde si budeme môcť dať na zákazku a na počkanie vytlačiť rôzne predmety. Pravda, pri súčasných technológiách je tlač rozmerných objektov stále časovo náročná. Aj profesionálne stroje dokážu vytvárať objekt vo vertikálnych vrstvách rýchlosťou jednotiek centimetrov za hodinu. Čo je však zaujímavé v automobilke pri výrobe prototypov karosérie, je neakceptovateľné v praktickom živote, takže zrýchľovanie 3D tlače bude popri cene ďalším z kľúčových faktorov rozhodujúcich o jej životaschopnosti.

 

MAGICKÝ REALIZMUS

Tento druh biznisu však môže ešte zamiešať karty, pretože v súvislosti s možnosťou vytvárania viac či menej dokonalých reprodukcií unikátnych predmetov môžu byť dotknuté aj autorské práva, podobne ako pri kopírovaní SW alebo multimediálneho obsahu. Ak majú niektorí, napohľad úplne normálni vedci a biznismeni dostatok predátorskej bezohľadnosti (alebo je to strata súdnosti?), aby si dali patentovať ľudský genóm, bolo by naivné domnievať sa, že možnosť verne reprodukovať takmer čokoľvek zostane bez odozvy. Situáciu však vôbec nevnímam skepticky. Schopnosť farebných skenerov, kopíriek a 2D tlačiarní veľmi verne reprodukovať planárne objekty od umeleckých obrazov po bankovky alebo literatúru chránenú autorským právom tiež nevyvolala ich zákaz, len reguláciu v podobe povinného poplatku do autorských zväzov.

PREČÍTAJTE SI: 3D tlačiareň z Kickstarteru sľubuje revolúciu

 

Niektorí odborníci sa domnievajú, že 3D tlač môže spôsobiť podobnú revolúciu, ako rozšírenie kníhtlače v stredoveku alebo vplyv internetu na šírenie hudby. S touto myšlienkou sa stotožňuje aj autor článku. Tretí rozmer pridá novú dimenziu rôznym oblastiam podnikania aj zábavy, a hoci k dokonalej priestorovej materializácii zostáva prekonať ešte hodný kus cesty, realita na jej konci bude magická.

Foto: MakerBot Industries, uPrint, Objet, BFB

Komentáre k článku