Novodobý zachránce životů 3D tisk: vyrobí téměř vše, nezlomil ho ani koronavirus

Jednoduše řečeno je 3D tisk proces, při kterém se z digitální předlohy, 3D modelu vytvořeném v počítači, vytváří fyzický výrobek. Na rozdíl od soustruhu a dalších obráběcích strojů se při takovém tisku materiál neubírá, ale přidává. Nejpoužívanější technologií je FDM (Fused Deposition Modeling), při které objekt vzniká vrstvu po vrstvě natavováním tenkého proužku plastového materiálu. Právě plast je při 3D tisku nejčastěji používaným materiálem. Už se ale tiskne i z kovu, z hrnčířské hlíny, kovového prášku a podobně.

PŘEHLEDNĚ: Vláda uvolnila pravidla. Změny se týkají roušek, dětí i pendlerů

Oblast využití 3D tisku se stále rozšiřuje a každou chvíli někdo přijde s něčím novým. Vyrobeny už byly například kloubní náhrady, zubní či kostní implantáty na míru. Využívá se i při výrobě různých protéz a kompenzačních pomůcek. Už před sedmi lety jeden Angličan vytiskl synovi na domácí 3D tiskárně robotickou protézu prstů na ruce. Masově se tisknou i naslouchadla pro sluchově postižené.

Vědci v britském Sheffieldu umí vytisknout i věrohodné protézy nosu, uší nebo očí. U očních protéz je to i kvůli finanční úspoře, protože jejich ruční výroba je velmi drahá. Dá se očekávat, že brzy se budou tisknout i cévy a náhradní orgány. Samozřejmostí jsou různé designové výrobky. Na 3D tiskárně se dají vyrobit i těstoviny, čokolády, vánoční cukroví a další poživatiny. Předpokladem samozřejmě je, že suroviny na ně jsou ve správném skupenství, aby prošly tryskou přístroje.

Auto jako vytištěné

Už v roce 2014 vytiskla americká firma Local Motors plně funkční auto s názvem Strati. Firma Divergent Microfactories zase na tiskárně vyrobila sportovní vůz, který byl homologován pro americké silnice. Některé automobilky zkoušejí tisknout náhradní díly pro běžná auta. 3D tisk by se také mohl využít k výrobě náhradních dílů pro veterány, které se těžko shánějí. Americký start-up Relativity Space chce dokonce tisknout kosmické rakety.

V roce 2015 pro změnu trojice amerických inženýrů vymyslela 3D tiskárnu, která umí vyrobit látku a oblečení. Výhodou je, že při tisku nevzniká žádný odpad, kterého je při výrobě v textilních továrnách údajně až 15 procent. Pro kreativní jedince se tak nabízí možnost navrhnout si a vytisknout oblečení přesně podle jejich představ. 3D tisk se osvědčuje také tam, kde je nutné vyrobit předmět přesně na míru. Špičkový hudebník tak může mít náustek dechového nástroje vytištěný přesně podle tvaru svých úst.

Kdo skutečně v Česku umírá na koronavirus: patříte do rizikové skupiny?

3D tiskárna stojí od pár tisícovek po pár milionů korun, záleží na jejím způsobu využití. Domácí přístroj si můžete sestavit i sami podle dokumentace, která je na internetu přístupná zdarma. Stolní 3D tiskárny dokáže po krátkém zaškolení ovládat skoro každý.

Sochař, nebo tiskař?

Absolventi oboru 3D tisk už se uplatňují ve výzkumu, strojírenství a v lékařství i u nás. Například aditivní technologii na VŠB-Technické univerzitě Ostrava loni úspěšně ukončilo 25 studentů. Kromě vysokých škol v Ostravě a Olomouci do svých osnov zařazují aditivní technologie i další české školy. Fakulta strojní ČVUT v Praze otevřela volitelný předmět Aditivní a alternativní technologie, který uvádí posluchače do rychlého prototypování výrobků i standardních průmyslových výrobních procesů. Fakulta výtvarných umění VUT v Brně zase slibuje samostatnou práci s 3D tiskárnou a pochopení procesu tisku v předmětu Digitální sochařství – 3D tisk.

O tom, že 3D tisk také doslova dokáže zachraňovat životy, nedávno přesvědčil veřejnost Český institut informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC), který je součástí Českého vysokého učení technického v Praze. Pomocí 3D tisku tu totiž vyvinuli nový typ respirátoru nazvaného CIIRC RP95-3D určeného k ochraně před onemocněním COVID-19.

Podle webových stránek institutu lze respirátor používat opakovaně díky ověřeným postupům pro sterilizaci a dezinfekci. Zmíněný respirátor si ovšem doma nevytisknete. K jeho výrobě se používá pokročilá technologie MJF (MultiJet Fusion) a tiskáren disponujících touto technologií je v ČR bohužel jenom sedm.

Vyvíjíme i masku pro nemocné děti

Rozhovor s Evou Doležalovou, PR a Marketing manažerkou, Strategic Projects Department, CIIRC ČVUT, kde vyvinuli a pomocí 3D tisku vyrábějí ochranné polomasky proti onemocnění COVID-19.

K čemu se obvykle na CIIRC ČVUT používají 3D tiskárny?
CIIRC ČVUT disponuje různými typy 3D tiskáren, které jsou využívány ve výzkumu například pro tisk specifických komponentů pro roboty (grippery – chapadla apod.), zároveň se zabýváme i experimentováním s možnostmi 3D tisku. Nejmodernější technologie byly v posledních měsících pořízeny díky projektu a centru RICAIP (zkratka pro anglický název Výzkumné a inovační centrum pro pokročilou průmyslovou výrobu), které se zabývá flexibilnímu přizpůsobení výroby na dálku aktuálním dostupným výrobním zdrojům a na druhé straně i potřebám.

V čem jsou tiskárny HP MultiJet Fusion tak výjimečné?
HP MJF umožňuje vytvořit vysoce individualizovaný výrobek či komponent ve velice krátké době. To, co se za běžných podmínek počítá na měsíce, je možné díky této technologii zvládnout namodelovat v řádu dní či dokonce hodin. Navíc je možné výrobní komponent, v našem případě prototyp ochranné polomasky, přizpůsobovat v detailech velice flexibilně podle potřeb a odzkoušených vlastností. Během jednoho týdne tak bylo možné vytvořit finální prototyp polomasky splňující nejvyšší parametry kvality.

Proč lidé s koronavirem ztrácí čich? Napadá důležité buňky v nose, tvrdí vědci

Kdo u vás přišel první s myšlenkou, že by se 3D tisk dal využít k výrobě respirátorů?
S prvotní myšlenkou přišel Vít Dočkal, ředitel projektové kanceláře, který má díky řadě dosavadních projektů mnoho cenných kontaktů se zahraničními vědeckými partnery. Alexandr Lazarov ze 3D Lab Centra při Testbedu pro Průmysl 4.0 využil znalostí dostupných technologií k tomu, zda by bylo možné využít 3D tisku na zařízení HP MultiJet Fusion. Cílem bylo vytvořit skutečně profesionální, kvalitní výrobek, který napomůže situaci s kritickým nedostatkem ochranných pomůcek kategorie FFP3, která panovala v ČR v polovině března.

Můžete laikovi nějak srozumitelně popsat postup výroby takového respirátoru?
Ochranná polomaska CIIRC RP95-3D se skládá ze tří výrobních částí. Hlavní část, tedy maska a dílčí komponenty, se vytiskne na speciálních 3D tiskárnách. Jsou to jiné tiskárny než ty, které známe z domácností nebo z médií. Tisk trvá asi půl dne, kdy se postupně ve vrstvách lepí a spéká díky infrazáření speciální materiál ve formě polyamidového prášku do finálního tvaru. Skoro stejnou dobu pak trvá chlazení. Takto vzniklé tělo masky se zkompletuje s těsněním a ventilační membránou. Obojí je ze silikonu, tedy z jiného materiálu než je tělo masky, a vyrábí se formou lití do předem dané formy. Maska se poté zkompletuje s externím filtrem, který je odnímatelný a tudíž vyměnitelný. Filtry odpovídající kvality jsou v ČR schopni dodávat v poměrně velkém množství minimálně dva výrobci.

Tiskáren, na kterých se dá respirátor vytisknout, je v ČR 7 kusů, proto jste uvažovali o výrobě pomocí vstřikování plastů. O co jde a jak jste s tím daleko?
Vstřikování je způsob tváření plastů, kdy je dávka vstřikovaného materiálu velkou rychlostí vstříknuta do uzavřené dutiny kovové formy. Tam materiál po prudkém ochlazení ztuhne do finálního tvaru. Vstřikovací cyklus přitom trvá desítky sekund a umožní výrobu velmi přesných výrobků ve velkém množství. Jde tedy o skutečně sériovou výrobu, která umožní vyrobit až 10 000 kusů polomasky denně. Nyní jsou již testovány výrobní postupy a očekává se, že výroba bude brzy připravena.

Virů jsou na světě miliardy. Lidem by proti nim mohly pomoci mořské houby

Čím dalším se můžete pochlubit?
Tým vedený nově založeným start-upem společností TRIX Connections se nyní zaměřuje na vývoj masky pro děti se závažnými zdravotními onemocněními, aby je bylo možné účinně ochránit před koronavirovou nákazou. I v tomto případě bude využita metoda 3D tisku. V rámci boje s koronavirem další tým CIIRC ČVUT připravil a naprogramoval tzv. pipetovacího robota, který pomáhá analyzovat vzorky v Nemocnici na Bulovce. Výzkum v CIIRC ČVUT se ale samozřejmě nezastavil a dále se pracuje na mnoha oblastech – od umělé inteligence, robotiky a Průmyslu 4.0 po biomedicínu a energetiku. Týmy CIIRC ČVUT se pravidelně umísťují v řadě soutěží, od Amazon Alexa Prize až po autonomní soutěže automobilů a mistrovství světa v automatickém uvažování.