3D tisk, kam se podíváš

Jak rychle a za optimální cenu vyrobit produkt na míru i pro toho nejnáročnějšího zákazníka? Ať se jedná o cukr do kávy, palivovou trysku motoru letadla nebo o několikapatrový mrakodrap? Odpovědí jsou dvě slova – 3D tisk.

3D Print E3D tisk čekal na svůj úspěch bezmála třicet let a nyní se zaslouženě dostává stále více do popředí. Mezi jeho přednosti patří flexibilita, schopnost přizpůsobit se jedinečným požadavkům zákazníků, rychlost, s jakou lze díky němu produkty vytvářet a šetrná práce s materiálem. Významně zjednodušuje dodavatelské řetězce, přibližuje výrobce ke koncovému zákazníkovi. K rozvoji 3D tisku nyní významně přispívá vzestup oborů jako aditivní výroba (additive manufactoring), rychlé prototypování (rapid prototyping), design, programování, robotika, zpracování polymerů a metalurgie. Akceleruje dění v leteckém průmyslu, biotechnologiích a nanotechnologiích. Je jedním z technologicky a ekonomicky nejrychleji rostoucích sektorů.

První 3D tiskárny byly poprvé navrženy a uvedeny na trh na konci osmdesátých let minulého století v USA. Zde doposud sídlí hned několik lídrů v oblasti 3D tisku. Patří mezi ně v první řadě výrobce 3D software Autodesk, který na jaře 2014 představil otevřenou platformu pro 3D tisk Spark a ve stejném roce uvedl na trh vlastní 3D tiskárnu Ember. Intel ukázal svoji první 3D tiskárnu používající technologii FDM (Fused Deposition Modeling) teprve na začátku letošního srpna. Vytvořil ji ve spolupráci s čínským startupem mostfun, jehož název nese také nová 3D tiskárna a zájem o ní úspěšně otestoval prostřednictvím kampaně na Kickstarteru. První tiskárny obdrží donátoři tohoto projektu již letos v prosinci.

K významným lídrům na trhu 3D tisku patří také americko-izraelský výrobce 3D vybavení a materiálů Stratasys, který před dvěma lety koupil oblíbeného výrobce open source 3D tiskáren MakerBot. Mezi jeho nejnovější akvizice patří také společnosti Solid Concepts a Harvest Technologies. Seznam dále doplňují revoluční projekt RepRap (první nízkonákladová 3D tiskárna, která dokázala zkopírovat sama sebe) a další američtí hráči na trhu 3D tisku, společnosti 3D Systems, Aleph Objects, Arcam AB, ElectroloomExOne, Organovo, Solidscape, SpaceX a další.

Svůj prostor si ale zaslouží také zástupci z Evropy. Největší počet světově významných společností v oblast 3D technologií najdete bezpochyby v Německu. Jejich produkty jsou určeny převážně pro průmyslovou výrobu. Patří mezi ně specialista pro medicínskou techniku, prototypování a aditivní výrobu Alphaform, dále výrobce inovativních zařízení pro 3D tisk EnvisionTEC, výrobce zařízení pro 3D tisk kovových dílů SLM Solutions a Voxel8 s průmyslovou tiskárnou Voxeljet. Mezi další globálně známé západoevropské společnosti lze zařadit nizozemský Dus Architecs a Ultimaker, lucemburskou Artec Group, belgický Materialise, dánský Shapeways, francouzský Sculpteo a britský Renishaw.

Řečí čísel

Podle IDTechEx stoupl počet prodaných 3D tiskáren v roce 2014 meziročně o polovinu (48 %), v oblasti 3D materiálů byl zaznamenán růst přibližně o třetinu (32 %). Na závěr minulého roku poradenská firma Gartner avizovala, že ve srovnání s rokem 2014 se letos celosvětové prodeje 3D tiskáren zdvojnásobí a koncoví zákaznici za 3D tiskárny zaplatí přibližně 1,6 miliardy dolarů. Tento trend by měl pokračovat až do roku 2018, kdy globální tržby z 3D tiskáren dosáhnou 13,4 miliardy dolarů. Nejčerstvější odhady vývoje trhu ze závěru srpna od konzultační společnosti A.T. Kearney jsou ovšem mírnější. Do roku 2020 očekávají v odvětví 3D tisku „pouze“ 25% meziroční růst, v roce 2018 celosvětové prodeje ve výši 11 miliard dolarů a v roce 2020 17,2 miliardy dolarů.

Mimochodem, ještě před dvěma lety Gartner odhadoval, že v roce 2016 bude tržní cena 3D tiskáren nižší než cena osobního počítače. Tato domněnka nebyla zcela správná, respektive naplnila se již dříve. Základní stavebnici 3D tiskárny dnes pořídíte od 11 000 Kč, za designovou 3D tiskárnu se dvojím extruderem zaplatíte zhruba 35 000 Kč. Pokud máte zájem o profesionální 3D tiskárnu, počítejte s několikanásobnou cenou, dolní hranice zde začíná na 85 000 Kč. S ohledem na široké a variabilní produktové spektrum, rozvoj technologií a příznivé ceny tak nelze pochybovat o tom, že 3D tiskárny míří plnou rychlostí nejen do specializovaných 3D laboratoří, podniků a dalších institucí, ale také do domácností. Přímo jako samostatný hardware nebo zprostředkovaně v podobě produktů vytvořených 3D tiskem.

O oblast 3D tisku se vehementně zajímá také Amazon. Již v uplynulém roce tento internetový obchod díky partnerskému projektu s 3DLT úspěšně otestoval prodej designérských šperků a dalších produktů vytvořených pomocí 3D tisku. Na začátku letošního roku zveřejnil Amazon svůj záměr zpřístupnit 3D technologie masám. Ovšem ne prodejem 3D tiskáren, ale výrobou produktů prostřednictvím vlastních zařízení. Koncoví zákazníci by tak mohli dostat produkt, který by co nejpřesněji odpovídal jejich požadavkům, zhotovený a doručený za kratší dobu, než tomu bylo doposud. Zároveň Amazon zredukuje skladové prostory. Toto rozhodnutí není překvapující a lze očekávat, že v budoucnu výrazně ovlivní strategii dalších online obchodů.

3D tisk, kam se podíváš

V současné době nachází 3D tisk svoje uplatnění především v leteckém, stavebním a strojírenském průmyslu a zdravotnictví. Pro konkrétnější představu, v leteckém průmyslu slouží k prototypování proudových motorů a následně ke schvalování výroby jednotlivých komponent (například palivových trysek), v automobilovém průmyslu pomáhá při tvorbě designu podvozků automobilů nebo při výrobě speciálních součástek spalovacích motorů.

3D technologie si postupně podmaňují nejen ryze technické obory, ale také medicínu. Zde přináší úplně nové metody pro lékaře, častokrát skokově urychlují a usnadňují doposud komplikovanou léčbu pacientů. Mezi klíčové oblasti využití 3D technologií ve zdravotní péči patří v současné době zejména vytváření implantátů, zubních náhrad, dentální chirurgie, personalizovaná protetika, zhotovování kompenzačních pomůcek a různých nástrojů pro rekonstrukční chirurgii. Důležitou roli sehrává 3D tisk v medicínském modelování, při výrobě výukových modelů a individualizované předoperační přípravě pomocí virtuálního operačního plánování. V oblasti 3D biotisku umožňuje 3D tisk generování prostorově kontrolovaného rozmístění buněk, přičemž buněčné funkce a životaschopnost jsou zachovány uvnitř nosné konstrukce. V neposlední řadě nachází své uplatnění také v rámci personifikace farmakologické péče a 3D tisku léčiv. V polovině srpna 2015 posvětil americký úřad schvalující potraviny a léčiva U.S. Food and Drug Administration 3D tisk léku Spritam určeného pro epileptiky, který vyrábí společnost Aprecia Pharmaceuticals.

Je libo cukříček od 3D Systems ChefJet to bez problémů zařídí.

Pokud patříte mezi gurmány, určitě vás zaujme zmínka o jídle tištěném prostřednictvím 3D tiskáren. Pro milovníky čokolády je určen Choc Creator 2.0 Plus, jež navazuje na předchozí verze tiskáren od britské společnosti Choc Edge. Na začátku letošního roku prezentovala 3D tiskárny cukrovinek také americká firma 3D Systems. Jejich výrobky, jednobarevná (ChefJet) nebo různobarevná (ChefJet Pro) cukrátka různých příchutí vytvářená z práškového cukru, zaujala návštěvníky losangeleského CES 2015. Nově si díky španělské firmě Natural Machines a jejich 3D tiskárně Foodini můžete vytvářet slané nebo sladké pokrmy, a to z čerstvých surovin připravených před tiskem. Je otázkou, kdy se tyto přístroje objeví i u nás a diskuse o jimi vytvářených produktech zaplní stránky vášnivých foodblogerů.

Pokud se naplní vize amerického startupu Electroloom, v blízké budoucnosti by si lidé mohli prostřednictvím 3D tisku vytvářet díky digitálním technologiím vlastní oblečení. Nyní není žádným překvapením, když nosí šperky vytvořené 3D tiskárnou. Zatímco v poslední dekádě šperkaři používali 3D tisk při aditivním modelování a mikrofúzních procesech, nyní těží ze zpracovávání drahých kovů (zlata a stříbra) používaných při výrobě tištěné elektroniky nebo zdravotnických implantátů. V České republice byly šperky zhotovené prostřednictvím 3D tisku představeny na Designbloku v roce 2012. Jejich tvůrci, šperkařka Markéta Richterová a designér Zbyněk Krulich ze studia blueberries, na začátku následujícího roku vyhráli kategorii Designér šperku roku v soutěži Czech Grand Design Awards 2012.

Běžný spotřebitel se tak už i u nás mohl setkat s 3D šperkem vyrobeným z polymerové hmoty, jehož cena není nijak závratná. Minimálně ne čtvrt milionu dolarů, což je hodnota prstenu vytvořeného prostřednictvím 3D tisku, který na začátku minulého roku představila inovativní klenotnická firma American Pearl. Jednalo se o jeden z prvních tímto způsobem vytvořených šperků z dílny prestižního klenotnictví. Výrobce při jeho výrobě zohledňoval specifické požadavky zákazníka a současně zdaleka nezatěžoval jeho rozpočet natolik, jako produkt ze stejných komponentů od prominentních konkurentů. Zveřejnění této zprávy vehementně upozornilo na doposud nevytěženou tržní niku, která nyní tvoří jednu z nejlukrativnějších oblastí 3D tisku. V roce 2014 měl sektor 3D tisku v oblasti šperků hodnotu půl miliardy dolarů, v příštích pěti letech se očekává jeho růst až o 30 %.

Navrhnout a vytisknout šperk může někomu připadat snadné. Co třeba postavit tímto způsobem dům na přání? V dubnu 2014 se to podařilo čínské společnosti WinSun Decoration Design Engineering. Aby tato novinka byla pro světová média ještě přitažlivější, nejednalo se pouze o jeden dům. Obří 3D tiskárna vytvořila v průběhu 24 hodin celkem deset domů z prefabrikovaných panelů měřících 10 × 6,6 metru, které do sebe vzájemně zapadaly. Každý z domů byl vytvořen tak, aby po postavení základních dílů mohly být doplněny instalatérské práce, elektroinstalace a zateplování. Příprava na tuto jednodenní akci zabrala WinSun celkem dvanáct let. V březnu 2015 její výkon překonala další čínská společnost Broad Sustainable Building. Té se podařil husarský kousek, postavit s pomocí 3D tisku mrakodrap tempem tři patra za den. Při stavbě budovy o finálních 57 patrech využila modulární metodu konstrukce, celkem 2 736 dílů vytvářených v průběhu čtyř a půl měsíce. Poskládat z nich mrakodrap ze skla a oceli nakonec trvalo devatenáct dní.

Využití 3D tisku ve stavebnictví není science-fiction.

Podobné megalomanské výkony nejsou pouhou snahou předvést něco nového, jak by se mohlo na první pohled zdát. Průmyslový odpad ze zbořených budov poškozuje životní prostředí. 3D tisk umožňuje recyklovat stavební odpady a přeměnit je na nové stavební materiály. Nezanedbatelnou je samozřejmě i otázka času a výrazného snížení nákladů na výstavbu. Nemluvě o otevření nového prostoru pro design. Dokazuje i projekt mostu Dragon King Kong Bridge z dílny dánského architektonického studia NEXT Architects. Stavba této nové architektonické dominanty čínského města Čchang-ša začala v roce 2014. Termín jejího dokončení zatím nebyl zveřejněn.

Inovace na čtvrtou

Významné zdroje méně medializovaných, přesto průlomových inovací přinášejí vývoj 3D technologií pro armádní účely. K dalším patří spolupráce průmyslových lídrů s vědeckými institucemi, například spojení amerických společností Autodesk, Stratasys a MIT při vytváření 3D tiskových aplikací, které by mohly najít své uplatnění jak v domácích spotřebičích, tak v medicíně. Uplatnění 3D tisku nejen v průmyslu a vědě, ale také v domácnostech běžných spotřebitelů by v budoucnu mohla urychlit rostoucí počítačová inteligence, používání internetu, sociálních médií a moderních technologií vůbec.

Již dnes není pochyb o tom, že se jedná o odvětví, které významně akceleruje rozvoj dalších průmyslových sektorů, umožní léčbu nemocí a zlepší kvalitu života mnoha lidí. Na druhou stranu s sebou přináší množství otázek. Kvůli 3D tisku ztratí v nejbližší budoucnosti v průmyslové výrobě význam některé pracovní pozice, usnadní se kopírování značkových produktů nebo výroba zbraní podomácku. Teprve použití 3D technologií v praxi ukáže, jak si s těmito otázkami lidstvo poradí, zdali je přijme jako neřešitelný problém, nebo výzvu. I zde bude platit známé „kdo chce, hledá způsoby, kdo nechce, hledá důvody“.


Rozšířená verze článku byla publikována v příloze Connect! pro IT profesionály časopisu Computer 10/15.

Reklamy

Zanechat Odpověď

Vyplňte detaily níže nebo klikněte na ikonu pro přihlášení:

WordPress.com Logo

Komentujete pomocí vašeho WordPress.com účtu. Odhlásit / Změnit )

Twitter picture

Komentujete pomocí vašeho Twitter účtu. Odhlásit / Změnit )

Facebook photo

Komentujete pomocí vašeho Facebook účtu. Odhlásit / Změnit )

Google+ photo

Komentujete pomocí vašeho Google+ účtu. Odhlásit / Změnit )

Připojování k %s