The Economist: Pomocí 3D tisku lze vytvořit šaty nebo hodinové strojky

Světový veletrh výrobců forem a nástrojů EuroMold, který se konal od 29. listopadu do 2. prosince ve Frankfurtu nad Mohanem, byl podle očekávání plný strojů a robotů. Předváděly tu, jak umějí dát podobu všemožným předmětům řezáním, ohýbáním, svařováním a boucháním. V jedné z hal byl ale k vidění jiný obrázek. Shromáždilo se v ní okolo tří set vystavovatelů, kteří se zabývají trojrozměrným tiskem - neboli "aditivní výrobou", jak svoji činnost sami raději nazývají.

Některé trojrozměrné tiskárny byly velké jako automobil, jiné se vešly na pracovní stůl. Všechny však měly společné to, že vytvářely výrobky postupným nanášením jednotlivých vrstev kovového prášku, granulovaného plastu nebo jiného vhodného materiálu.

Stejně neobvyklý jako použitá výrobní technologie byl i sortiment produktů, které lze takto vyrobit: výfukové potrubí, umělá noha, dveřní závěs pro letadla, desítky bot a dokonce celé šaty. Mnohé z těchto "vytištěných" předmětů se od svých protějšků vyrobených tradičním způsobem nápadně liší. Jsou elegantnější, vzdušnější a mají ladné linie. Hotové výrobky vystavené na podstavcích a ve vitrínách připomínaly spíše galerii než průmyslový veletrh.

Aditivní technologie tedy nemění jen způsob výroby - změna je patrná také u výsledného produktu. Mnoho vystavených předmětů působí přírodním dojmem. Není to náhoda. V některých případech návrháři okopírovali přírodu záměrně. Jindy použili prvotní zákonitosti jako východisko, vyvodili závěry (obvykle s pomocí nějakého chytrého programu) a zjistili, že příroda je dávno předběhla. Někdy mělo rozhodování estetické důvody: zvítězil nejspíše odvěký lidský sklon volit předměty, které vypadají přirozeně.

Lepší než řemeslnický mistr

Skvělým příkladem záměrného napodobení přírody je kyčelní náhrada, kterou vyrobila belgická firma Materialise. Skutečné kosti mají totiž taková zakřivení, jaká v sériové výrobě jednoduše nelze napodobit. Každý člověk je navíc jiný. Pro aditivní technologie nepředstavuje taková zakázková výroba problém. Každou kyčelní náhradu lze "ušít" přesně na míru konkrétnímu pacientovi. Stačí jen poupravit software, který ovládá tiskárnu.

Aditivní technologie nadto dokážou něco, s čím by si neporadila ani ruka řemeslného mistra. V titanu, z něhož je náhrada vyrobena, umí okopírovat jemnou vnitřní mřížkovitou strukturu skutečné kosti. Implantát je díky tomu lehčí, aniž by ztratil na pevnosti, a také se snáze sceluje s kostí pacienta.

K závěru, že příroda je nepřekonatelná, došli i výzkumníci Massachusettského technologického institutu pod vedením Neriho Oxmana. Při výrobě konstrukce, která měla být lehká a zároveň vysoce nosná, zjistili, že nevymyslí nic lepšího, než je základní struktura lodyhy rostlin tvořená svazkem svislých vláken o různé hustotě. S využitím aditivní technologie tak vyrobili nosný sloup složený z betonových vláken.

Samozřejmě že v těchto případech šlo právě o to, aby umělá kyčelní náhrada vypadala jako živý kloub a aby se betonový "strom" choval jako strom skutečný. Nicméně i další výrobci zjistili, že při použití aditivních technologií kopírují přírodu, přičemž přirozený výběr dospěl k podobnému řešení problému dávno před nimi.

Příkladem je britská společnost Within Technologies, která se zabývá produkcí tepelných výměníků. U nich je zapotřebí vměstnat velkou plochu povrchu do malého prostoru. Je to úkol jako stvořený pro aditivní výrobu. Projektanti, kteří si nemuseli dělat starosti s tím, jak navržené konstrukce vyrobit, přišli na to, že optimální tvar připomíná rybí žábry. Výměna tepla představuje podobný proces, jako je výměna kyslíku a oxidu uhličitého.

Lehčí a rychlejší

Ukázalo se, že věcem, které lze vytvořit pomocí technologií aditivní výroby, se podobají také nervové soustavy živočichů. Lionel Dean, ředitel firmy FutureFactories, navrhl automobilové zrcátko s kanálky přenášejícími elektrické signály, kterými se řídí mechanismus pro jeho nastavení a sklopení. Výsledek připomíná nervy v paži, které také procházejí kanálky (klouby zrcátka se chovají stejně jako paže). Lionel Dean zatím nedokázal najít vhodný vodivý materiál, ze kterého by své nové zrcátko vytiskl. Ale vzhledem k rychlosti, jakou se tento obor ubírá kupředu, nejspíše nebude muset čekat dlouho.

Biologické vlastnosti má kupodivu také tok hydraulické kapaliny v převodovce. Ian Halliday, který vede britský strojírenský podnik 3T RPD, tvrdí, že aditivní technologie může snížit hmotnost hydraulických součástí převodovky o 30 procent. To je dnes v aditivní výrobě běžné. Převratné je to, že převodovka také umožní rychlejší řazení rychlostí, protože se vyhladí cesty, kterými tekutina protéká. Stejně jako krev proudí i hydraulická tekutina snadněji hladkými tepnami než těmi, které jsou plné překážek a ostrých zatáček.

Některé konstrukce dokonce připomínají podbuněčné struktury. Výzkumní pracovníci na britské Univerzitě v Southamptonu vytiskli bezpilotní letadlo z laserem sintrovaného nylonu. (Sintrování je technika výroby předmětů z práškových materiálů jejich zahříváním.) Tento letoun s rozpětím křídel 1,2 metru využívá geodetickou strukturu - jakýsi mřížkový rám, který ve 30. letech minulého století vynalezl britský letecký inženýr Barnes Wallis. Ačkoliv to Wallis tehdy nemohl vědět, jeho geodetický přístup se koncepčně podobá buněčné kostře z fibrilárních bílkovin, která drží buňky pohromadě. Geodetické struktury jsou sice mimořádně pevné a lehké, ale při tradiční výrobě také časově náročné a nákladné. Při trojrozměrném tisku tento problém odpadá.

Jen tak pro zábavu

Je možné, že právě schopnost vytvářet lehké, pevné struktury se složitými vnitřními tvary bude největší zbraní aditivní výroby. Postupné vrstvení prášku nebo kapek, které získají pevný tvar prostřednictvím sintrování nebo jsou vytvrzeny pomocí tepla či ultrafialového záření, umožňuje ponechat uvnitř výrobku volný prostor. A pokud by hrozilo, že by se tento prostor mohl zhroutit, lze ho vyplnit práškem odolným vůči dalšímu zpracování, který se pak vymyje nebo vyfoukne. Trojrozměrná tiskárna tak dokázala najednou vytisknout i pohyblivé díly, jako jsou hodinové strojky.

Při trojrozměrném tisku je dokonce možné míchat materiály, které by se při tradiční výrobě nedaly spojit. Podle Davida Leigha, předsedy představenstva texaské firmy Harvest Technologies zaměřené na aditivní výrobu, je dnes možné vyrobit předměty, které jsou na jednom konci gumovité a na druhém tuhé. Tělo fotoaparátu může být například z jediného dílu, který je měkký v místech, kde ho člověk potřebuje uchopit, a tvrdý tam, kam se usazuje čočka a ovládací mechanismus.

To všechno je velmi užitečné a praktické. Ale aditivní výroba může být také zábavná. Ping Fuová, šéfka americké firmy Geomagic, která se specializuje na software pro trojrozměrný design, si sama tiskne boty. Ty se díky svým elegantním vinutým tvarům neobyčejně podobají rostlinám. Pouzdro na BlackBerry, které vyrobil Lionel Dean, vypadá, jako by bylo stvořeno z italských těstovin linguine. Deanovy lampy, židle a šperky se v mnohém inspirovaly přírodou.

A nizozemská módní návrhářka Iris van Herpenová přenesla trojrozměrný tisk na přehlídková mola (viz fotografie). Její pozoruhodné oděvní kolekce se vyznačují přírodními tvary, ale přitom působí tak, jako by k nám zavítaly z budoucnosti.

© 2011 The Economist Newspaper Limited.
All rights reserved. Publikováno na základě licence s The Economist, překlad týdeník Ekonom.
Článek v angličtině najdete na www.economist.com.

Trojrozměrná tiskárna dokáže najednou vytisknout i pohyblivé díly, jako jsou například hodinové strojky.

Vytištěné šaty. Nizozemská módní návrhářka Iris van Herpenová přenesla trojrozměrný tisk na přehlídková mola. Nové technologie umožňují vytvářet nezvyklé tvary šatů. Foto: Isifa