V predchádzajúcom roku sme videli, ako sa vo veľkom začala využívať 3D tlač pri výrobe osobných ochranných pomôcok, ako sú štíty na ochranu tváre alebo rúška. Tento krok spôsobil to, že sa bežná verejnosť aj priemyselné podniky začali viac zaujímať o technológiu 3D tlače. Je to tak aj preto, že mnohé výrobné podniky čelili výpadkom dodávok súčiastok vplyvom pandémie koronavírusu, ktoré by sa dali nahradiť alebo doplniť 3D tlačou. Očakáva sa, že pandémia posunie 3D tlač k zmysluplnejšiemu využitiu v priemysle.

3D tlačiarne budú automatizované

Možno jedným z najväčších obmedzení technológie je to, že väčšina súčasných 3D tlačiarní vyžaduje zásah človeka. Preto je integrácia do plne automatizovaných výrobných procesov komplikovaná až nemožná. S rozvojom technológie 3D tlače možno očakávať, že jednou z hlavných oblastí zamerania bude ich priemyselná automatizácia.

Zatiaľ čo samotný proces 3D tlače prebieha automaticky, zásah operátora je potrebný pri príprave pracovného priestoru a pri dokončovaní finálneho produktu 3D tlače. V súlade s tým sa skúmajú aj dve metódy, ktoré umožnia automatizovanejšiu 3D tlač.

Prvou je použitie simulačného softvéru, ktorý pomáha predvídať chyby v 3D tlači a vykonávať nevyhnutné zmeny v parametroch stroja alebo v samotnom modeli, aby sa uvedeným chybám predišlo. Druhá skúma použitie robotov typu pick-and-place na urýchlenie fázy postprodukcie.

Britská spoločnosť Additive Manufacturing Technologies (AMT) sa snaží odstrániť nutný zásah operátora do výroby. Prostredníctvom procesu PostPro3D použili patentovaný chemický parný kúpeľ na vyhladenie povrchu výtlačkov vyrobených z materiálov, ako je nylon, TPU a ULTEM. Podobnú technológiu vyvíja nemecká spoločnosť DyeMansion, ktorá využíva technológiu VaporFuse Surfacing (VFS) na vytváranie dokonale hladkých povrchov.

„Chytrejšie“ 3D tlačiarne

Ďalšou požiadavkou na automatizáciu 3D tlačiarní je dosiahnuť, aby boli „inteligentné“. To znamená, že musia mať snímače, ktoré poskytujú spätnú väzbu riadiacemu systému. V prípade veľkoplošnej 3D tlače je nevyhnutné, aby sa eliminovalo manuálne riadenie a neustále sledovanie procesu výroby operátorom. Cieľom je vytvoriť 3D tlačiareň, ktorá dokáže vykonávať automatické opravy v prípade menších odchýlok, čím možno dosiahnuť výrobu bez potreby manuálneho zásahu.

Sigma Labs je jednou z mála spoločností, ktoré vyvíjajú snímače pre 3D tlačiarne. Systém zabezpečenia kvality PrintRite3D kombinuje multisnímače SENSORPAK so softvérovým modulom INSPECT na zhromažďovanie a kontrolu údajov z procesu 3D tlače. Pomocou nástrojov na analýzu môže systém posúdiť kvalitu dielu a kvantifikovať úroveň presnosti, ktorú môže dosiahnuť akýkoľvek proces 3D tlače.

O krok ďalej ide spoločnosť Velo3D, ktorá vyvinula 3D tlačiareň Sapphire so spracovaním riadenia v uzavretej slučke. Ústredným prvkom tejto technológie je softvér Flow, ktorý dokáže spustiť simulácie procesov 3D tlače s cieľom predvídať chyby a vykonávať potrebné opravy. Podľa Velo3D to umožňuje tlačiarni dosiahnuť úspešnosť prvého prototypu až 90 %.

Veľkoobjemová 3D tlač

Súčasná 3D tlač je praktická najmä pre malosériovú výrobu, pretože proces 3D tlače nepotrebuje žiadne formy ani špeciálne vybavenie – pre diely rôznych tvarov a veľkostí možno použiť jednu a tú istú 3D tlačiareň. To však obmedzuje potenciál 3D tlačiarní v priemysle. Aktuálny vývoj 3D tlače z kovu to môže len urýchliť.

3D tlač využívajúca kov bola vždy jedným z hlavných cieľov tohto odvetvia. Aj keď táto technológia existuje, stroje, ktoré možno tlačiť z kovu, sú v priemysle stále zriedkavé. Odborníci v priemysle očakávajú v blízkej budúcnosti rozsiahlejší rozvoj 3D tlače využívajúcej kov, ktorý prinesie odolnejšie a mechanicky stabilnejšie kovové výrobky, ako sú ich plastové náprotivky.

X1 160 Pro od spoločnosti ExOne je označovaná za najväčšiu kovovú 3D tlačiareň, aká bola kedy vyrobená, s objemom 160 litrov. Môže sa tiež pochváliť vysokou rýchlosťou tlače, všestrannosťou materiálov a možnosťou cloudového pripojenia. Vďaka tejto kombinácii funkcií je z X1 160 Pro kovová 3D tlačiareň zameraná na rýchlu veľkoobjemovú výrobu.

Spoločnosť HP sa tiež zamerala na 3D tlač kovových predmetov pre objemovú výrobu. 3D tlačiarenský systém HP Jet Metal pracuje na princípe využívania vrstiev jemného kovového prášku, ktorý rozprašuje tlačová hlava do želaných tvarov. Keď tlačená vrstva vytvrdne, odparia sa všetky kvapaliny a roztok spojiva sa premení na tavné lepidlo. Vo finále sa súčiastky spečú s teplotou až tesne pod bod tavenia v peci, kde spojivo spája kovové častice do jednej extrémne hutnej a pevnej časti. Po vychladnutí sa môžu ďalej opracúvať, leštiť, striekať a inak upravovať.

Koncept veľkoobjemovej výroby je o niečo viac etablovaný v oblasti polymérovej 3D tlače. Inovácie v technológiách a materiáloch otvárajú nové možnosti v zubnom lekárstve. Ortodontické aparáty vyrobené na 3D tlačiarni z priesvitného materiálu komercializovala firma Align. Dnes táto firma vyprodukuje 8 miliónov strojčekov za rok. Sú estetickejšie ako klasické kovové aparáty, a preto sa rýchlo stali populárnymi medzi pacientmi. Jednotlivé strojčeky Invisalign sú vytlačené z polyuretánovej živice na 3D tlačiarni. Neviditeľné strojčeky síce majú obmedzenejšie indikácie ako tie klasické, ich výhodou je však okrem estetiky aj kratšia liečba alebo jednoduchšie čistenie a starostlivosť.

Inovačné využitie 3D tlače

3D tlač sa rozvíja veľmi rýchlo: takmer denne sa vo svete objavujú jej nové aplikácie, a to v takých rozmanitých odboroch, ako je medicína, spotrebný tovar či stavebníctvo.

Čínska stavebná spoločnosť WinSun Decoration Design Engineering dokázala, že vie nielen rýchlo a lacno vyrábať domy pomocou 3D tlačiarne a recyklovaného betónového materiálu (za deň vytlačí až desať domov), ale pokročila ešte ďalej a vytlačila dokonca kompletný päťpodlažný nájomný bytový dom a samostatnú vilu. Jej cieľom je stavať domy za dostupné ceny pre čínsky trh. Výroba menšieho domu stojí okolo 4 500 eur.

Veľký posun zaznamenala biotlač. Špeciálne 3D tlačiarne pre biotlač s použitím živých buniek a tkanív s prímesou rôznych viskóznych roztokov, hydrogélom a kolagénom dokážu vytlačiť časti ľudského tela alebo niektoré orgány. Zatiaľ sú to začiatky, ale výsledky berú dych. Z tlačiarní už vychádzajú chirurgické modely, modely orgánov na výučbu alebo protézy priamo na mieru. Oveľa zaujímavejšou je však biotlač, 3D tlač ľudských tkanív. Nahrádzať by sa dali nielen zlyhávajúce orgány, kosti, časti lebky, ale aj poškodená koža. James Yoo vyvinul tlačiareň, ktorá dokáže tlačiť syntetickú kožu priamo do oblasti poškodenej kože alebo popáleniny. V Španielsku tím vedcov vytvoril biotlačiareň, ktorá dokáže za 35 minút vytlačiť kus kože s veľkosťou 100 x 100 cm. V medicíne je toho naozaj veľa, čím nás môže vývoj pomocou 3D tlače prekvapiť.

Prínos 3D technológie v oblasti tlače je väčší, než sme si možno pred pár rokmi mysleli a dúfali. Výroba prototypov, súčiastok a všetkého použiteľného v technickej sfére dopĺňa výrobu pre automobilový priemysel. Prvé autá vytlačené 3D technológiou (Local Motors) vystriedali autonómne mikrobusy Olli, ktoré sú už v testovacej prevádzke v niekoľkých veľkomestách. Ide o bezpilotnú dopravu, ktorá dokáže prepraviť až 12 pasažierov po vopred vytýčenej trase. Tak ako za automobilom z 3D tlačiarne, aj za mikrobusom stojí spoločnosť Local Motors. V odvetí automobilov a dopravy sa teda máme na čo tešiť.

Austrália zašla o krok ďalej a k 3D tlači pridala ešte jeden rozmer: čas. Vznikla tak 4D tlač. Vedci z Univerzity vo Wollongongu úspešne vytlačili ventil, ktorý sa v priebehu času otvára a zatvára v závislosti od teploty okolitej vody. Tento úspech otvára nespočetné množstvo možností v oblastiach ako medicína, stavebníctvo či robotika, kde umožní vznik plne funkčných zariadení, ktoré budú vychádzať priamo z tlačiarne – a nebudú vyžadovať žiadnu montáž.

Dom na Marse vytlačený pomocou 3D tlačiarne? Americká spoločnosť Made in Space v spolupráci s americkým Národným úradom pre letectvo a vesmír (NASA) vyvinula Zero G, prvú 3D tlačiareň určenú na prevádzku pri nulovej gravitácii. Tlačiareň bola vynesená na obežnú dráhu v roku 2014 a slúži ako skúšobné zariadenie pre technológiu výroby vo vesmíre.

Zdroje

[1] Flynt, J.: Innovative Trends and The future of 3D Printing. 3D Insider. [online]. Publikované 6. 10. 2020. Citované 8. 2. 2021.

[2] Innovative uses for 3D printing. BASF. [online]. Citované 10. 2. 2021.

[3] What are the advantages and disadvantages of 3D printing? TWI Ltd. [online]. Citované 8. 2. 2021.