rozhovor 3D tlač šetrí materiál, no je ešte stále veľmi drahá

— Zuzana Vitková

Vytlačiť si doma chýbajúcu súčiastku, pizzu, či zdravú obličku je stále hudbou ďalekej budúcnosti, no 3D technológie sa zlepšujú každým dňom. O tom, čo sú ich momentálne možnosti, ale aj o problémoch ktorým ich vývoj čelí sme sa rozprávali s Ing. Rudolfom Madajom. PhD. z Katedry konštruovania a častí strojov na Žilinskej univerzite v Žiline.

3D tlač šetrí materiál, no je ešte stále veľmi drahá

Produkty 3D tlačiarne na Žilinskej univerzite, foto: Zuzana Vitková

O možnostiach 3D tlače sa pravidelne objavujú senzačné správy, vraj si  v budúcnosti budeme môcť vytlačiť jedlo, oblečenie, možno aj dom. Ako sa na ne ako vedec pozeráte?

Bola by to pekná budúcnosť, ale všetko závisí od rozvoja vedy a technických možností. Momentálne je 3D tlač v štádiu, v ktorom dokáže produkovať  diely reálne využiteľné v praxi. Sú rovnocenné s klasickou výrobou takmer vo všetkých smeroch. Nie je to úplná novinka, bude to už 10 rokov odkedy sa technológie, ktoré vytvárali tvarovú reprezentáciu posunuli  do technológii kde je súčiastka naozaj použiteľná.

Ako to teda funguje?

Celá technológia je založená na tom, že model ktorý sa vytvorí v 3D programe sa navrství a samotná realizácia tlače sa robí po jednotlivých vrstvách. Od hrúbky tejto vrstvy záleží presnosť modelu a hlavne štruktúra plôch. Funguje to v niekoľkých rovinách a vždy sa to odvíja od základného materiálu. Existujú v podstate tri typy 3D tlače.

Prvým typom  je prášková báza, kde pomocou prášku a lepidla vznikajú jednotlivé vrstvy. Tie sa na seba  usadzujú a po dokončení sa z balíka prachu vyberie model, ktorý je vlastne tvarovou reprezentáciou modelu z počítača.

Ďalšou bázou je kvapalná báza, kde sa používajú väčšinou fotopolyméry, ktoré po emisii laserom alebo po osvietení UV svetlom vytvrdnú a tým vznikne pevná štruktúra, ktorá  pomocou vrstiev opäť prerastie do 3D modelu.

Posledným typom 3D tlače je použitie pevného materiálu, ktorý sa roztaví v tryske a potom sa nanáša buď  formou vlákna, alebo kvapôčok na pevnú podložku. Takýmto štýlom zase vznikajú jednotlivé súčiastky.

Týmto technológiám sa hovorí sa aj layer technology, čo je odvodené od toho, že sa celý model vytvára pomocou vrstvenia.  

Čiže v podstate je to, ako tlač ihličkovou tlačiarňou po jednotlivých bodoch, akurát model ide do priestoru?

Model v podstate vzniká tak, že pridávate materiál. Je to teda opačné ako klasická výroba . Klasicky máte blok materiálu z ktorého uberáte nejaké časti až kým sa nedostanete k výsledku. Tu je to úplne naopak. Pridávate materiál tam, kde ho chcete mať. To znamená, že ho miniete len toľko, koľko na model potrebujete, čo je jedna z výhod. Pri tomto je nutné povedať, že niektoré typy technológií treba vytvoriť podpornú konštrukciu, ktorá drží previsy a duté časti modelu. Tá sa potom musí odstrániť.

Vytlačí mi tlačiareň v podstate hocičo čo si navrhnem?

To je vlastne podstatou 3D tlače a tou peknou myšlienkou, že čokoľvek dokážete na počítači vytvoriť, to dokáže tá tlačiareň vytvoriť. Samozrejme, musí to spĺňať základné funkcie a to, že model je uzavretý, alebo nejakým spôsobom upraviteľný tak, aby sa zavrieť dal. Druhou podmienkou je to, aby rozmery modelu neprekračovali veľkosť  3D tlačiarne, ale aj to je riešiteľný problém. Môžeme to poskladať z viacerých častí.

Čo sa momentálne na Slovensku vyrába pomocou 3D tlače?

Sú to hlavne prototypy pre automobilový priemysel, či už priamo pre automobilky, alebo ich dodávateľov.  Potom sú to prototypy pre vývoj nových zariadení. Z mojej skúsenosti to najčastejšie býva tak, že sa na prototype skúšajú pomocou 3D technológie princípy na ktorých by mal stroj fungovať. Keď ich overíme na povedzme  šiestich variantoch, vyrobíme si šesť rôznych modelov, overíme princíp, vyberieme ten najlepší a môžeme pokračovať v konštrukcii ďalej.

Aké sú najväčšie výhody 3D tlače?

 Zaujímavé na 3D tlači sú napríklad nerozmontovateľné zostavy.  Je možné vytvoriť pohyblivú zostavu, ktorá nemusí byť rozoberateľná, čiže nás neviaže princíp zmontovateľnosti pri konštrukcii. Ďalšou výhodou je, že sa pomocou nej dá takzvane vŕtať do zákruty.

Vŕtať do zákruty?

 Je to veľmi jednoduché. Keď si zoberiete napríklad kváder a klasickým vŕtaním do neho vyrobíte otvor tak je vlastne priamy. Keď si v počítači vyrobíte otvor v modely, môžete si ľubovoľne navoliť, ako bude os zlomená, alebo akým spôsobom bude prechádzať.  A keďže 3D tlačiareň tieto modely vyrába tak, že model z počítača rozdelí na vrstvy a tie na seba naukladá, nie je problém danú vec vyrobiť. Tlačiareň naskladá na seba jednotlivé rezy, akéhokoľvek tvaru. Musia mať iba jednu vlastnosť, byť uzavreté . Plocha nemôže byť neohraničená, pretože  by softwarová časť tlačiarne zlyhala. Jednoducho by nevedela kam ten materiál umiestniť.

Čo najviac brzdí vývoj 3D tlače?

Čo sa týka nejakého komerčného, alebo širšieho využitia, tak to je hlavne cena. Firmy, ktoré investovali do vývoja týchto tlačiarní udržujú ceny stále dosť vysoko, aby sa im náklady, ktoré do toho vložili vrátili.

Druhou časťou je posúvanie možností našej výroby. Bolo by úplne ideálne, keby sme dokázali realizovať 3D tlač na atomárnej úrovni, skrátka meniť štruktúru prvkov.  To je však hudba veľmi ďalekej budúcnosti, skoro až ako zo Star treku. Ale bolo by to veľmi pekné a nehovorím že nemožné.

Ako by to vyzeralo?

Vyzeralo by to pravdepodobne tak, že by ste si objednali telefón vo virtuálnej podobe a tlačiareň by ho vyhotovila z nejakého základného materiálu, ktorý by dokázala transformovať na iné materiály, ale hovorím, toto je veľmi, veľmi ďaleko.

 Z takých reálnejších a bližších by sa napríklad náhradné diely na stroje, alebo automobily uchovávali v nejakých databázach. V momente, keď by ste potrebovali náhradný diel, tak by ste si len vybrali z databázy, zaplatili ho ako keď nakupujete cez internet a z nejakej 3 D tlačiarne by ste si ho mohli vytlačiť a priamo použiť.

Čomu sa v rámci 3D technológií venujete vy?

Venujeme sa dvom líniám. Využitiu rôznych materiálov pri 3D tlači – keď sa objaví, alebo sa k nám dostane nejaký nový materiál, tak robíme testy, či je alebo nie je vhodný.  Druhou oblasťou je spolupráca s praxou a firmami. Veľa firiem je na Slovensku odkázaných na vývoj pretože iba know-how v tejto oblasti ich dokáže posunúť dopredu, aby sa zo Slovenska nestali len čisto výrobné závody. Preto sa týmto firmám snažíme nejakým spôsobom pomáhať.

Čo takýto výskum materiálov obnáša?

 Každý výrobca tohto zaradenia, ktoré je na trhu a komerčne sa predáva nejakým spôsobom vyvíja materiály. Keď sa dostanú na trh, tak je potrebné overiť, či sú pre dané aplikácie vhodné, alebo nie. Nie všetky materiály sú vhodné na všetko a aj od použitia tých správnych do určitej miery závisí úspech, alebo neúspech 3D tlače.

Ako ďaleko je Slovensko vo vývoji technológie 3D tlače v porovnaní zo svetom?  

Za posledný čas sa hlavne vďaka projektom Európskej únie  dostali tieto technológie do povedomia a na štátne inštitúcie. Mladí ľudia, ktorí s nimi prichádzajú do kontaktu, budú v budúcnosti vyžadovať ich použitie, pretože sa im to bude zdať normálne. Myslím, že v tomto smere sme na Európskej úrovni. Na druhej strane, aj u nás by sa dali vyvíjať takéto zariadenia, či vybudovať pracovisko so špičkovou podporou bez nejakých administratívnych komplikácií.

Majú slovenskí študenti možnosť  použiť 3D tlačiareň?

Myslím že aj na niektorých iných univerzitách tieto zariadenia sú. U nás bežne poskytujeme tieto služby našim študentom, alebo aj komukoľvek kto príde. Spolupracujeme s podnikmi aj fyzickými osobami.

Koľko vytlačenie takého bežného  3D modelu stojí?

To je otázka ktorú dostávam najčastejšie a najčastejšie odpovedám, že to sa nedá povedať. Cena modelu najviac závisí od toho, koľko sa naň spotrebuje materiálu a ako dlho trvá samotná tlač. To je pri každom modely iné. Pri konkrétnej požiadavke môžem vypočítať koľko by model stál pomocou na to určeného softwaru, ale neexistuje univerzálna cena za centimeter kubický, alebo niečo podobné. Vždy nám záujemca musí poslať model a my mu pošleme cenu.

Tak čisto hypoteticky, koľko by stál model notebooku strednej veľkosti?

Keby mal byť statický čisto marketingový model bez možnosti otvoriť ho, tak rádovo v nejakých stovkách eur. Odhadujem tak od troch do piatich stoviek. Presná cena opäť závisí od množstva faktorov. Napríklad od toho, ako rýchlo má byť urobený. Je takisto rozdiel medzi jednorazovým vyskúšaním zmontovateľnosti a tým, keď bude model niekto dva roky používať.

To si študenti asi nemôžu často dovoliť vyskúšať.

Pre študentov existujú buď granty, ktoré pokryjú aj materiál aj časovú náročnosť, alebo tlačia iba za cenu materiálu, čo tú cenu výrazne zníži.  

Kedy sa podľa vás dostanú 3D tlačiarne medzi obyčajných ľudí?

Ťažko povedať či to už nie je. Ľudia si kupujú jednoduché a oveľa lacnejšie 3D tlačiarne aj do domácností. Ja by som povedal že sú to také hračky, ale pre človeka ktorý vidí 3D tlačiareň prvý krát v živote,  je to malý zázrak. Je fascinujúce, že sa niečo také dá a že je to také jednoduché. Počítačový užívateľ si dokáže v na to určenom programe vytvoriť nejaký model a pokiaľ má tlačiareň, tak si tento produkt dokáže realizovať. Mnoho ľudí si už teraz 3D tlačiarne kupuje len preto, aby si vyskúšali ako to funguje. S profesionálnou tlačiarňou sa to v podstate nedá porovnať, ale na domáce použitie je to príjemne.

Môžem si teda na domácej tlačiarni vytlačiť povedzme stôl?

Tam je problém s veľkosťou, ktorá je obmedzená napríklad 10x10x10 cm. Ale sú profesionálne tlačiarne ktorých objem presahuje rozmery klasického stola a tak by ho mohli vytlačiť. Akurát by bol len z jedného materiálu, pravdepodobne plastu. Momentálne dokážeme používať najmä plasty a kovy.

Na internete sa dajú objednať rôzne sady pre zostrojenie domácej 3D tlačiarne. Dá sa nich skutočne niečo vytlačiť 3D technológiou, alebo ide iba o hračku?

Ide o zariadenie domáceho typu. Samotnú technológiu obsahuje, ale na takej úrovni, aby sa dala používať doma. Napríklad je v nej nejaký drôt, ktorý má podávač a ten podávač má plastové kolieska. Tie vydržia určte menej ako kovové, ktoré obsahuje profesionálna tlačiareň. Vyhrievacie teleso je zase iné a tak ďalej. Čiže typovo je táto tlačiareň zhodná, ale technicky je na tom oveľa horšie. Po vytlačení povedzme 100 alebo 1000 modelov sa vám znehodnotí a musíte ju opravovať. Profesionálne 3D tlačiarne, ktoré sú určené na výskum a výrobu prototypov dokážu týchto modelov vytlačiť niekoľkonásobne viac.

Médiami prebehla sprava o tom,  že na 3D tlačiarni sa budú dať lacno a rýchlo tlačiť zbrane. Je na tom niečo pravdy?

Informáciu som zachytil a myslím, že možné by to bolo.  Je tu však otázka,  čo sa očakáva ako výsledok. Profesionálna zbraň by nebola ani rýchlo ani lacno vyrobiteľná a zbraň na jedno použitie urobíte aj z obyčajnej trubky v dielni, keď budete chcieť.  Nepotrebujete na to 3D tlačiareň.

Dala by sa 3D tlačiareň použiť na zasadrovanie zlomenej končatiny?

Ak taká ešte neexistuje, určite by sa dala vyrobiť. Otázka je, či by jej prevádzka bola ekonomicky výhodná oproti klasickému postupu. Na druhu stranu by sa táto myšlienka mohla dobre uplatniť pri armádnych, alebo vesmírnych aktivitách.

Sú reálne senzačné správy, ktoré hovoria o tom, že v budúcnosti bude možné vyrobiť pomocou 3D tlačiarne napríklad funkčný model obličky?

Dúfam že to bude možné. Bionika (obor, zameraný na uplatňovanie poznatkov zo štúdia živých organizmov pri vývoji nových technológií. pozn.red.) v prieniku s  3D tlačiarňami a podobnými technológiami je teraz naozaj na vzostupe a  myslím, že málokto dokáže odhadnúť, čo všetko nám biológia a bionika v spojení s modernými technológiami dokážu ponúknuť.

Odporučiť e-mailom

Komentáre

Prihláste sa na odber noviniek zo sveta vedy priamo do Vášho e-mailu

* povinné polia