Pamatujete, když si u nás kutilové vyráběli tiskárny ze stavebnice Merkur? Projekt MakerBot k tomuto nápadu přidává třetí rozměr a dovolí vám vytisknout z plastu, nač si vzpomenete.
Nejbláznivější vizí, kterou pionýři v oblasti 3D tiskáren prezentují, je asi možnost, že by 3D tiskárny mohly v budoucnu nahradit současnou průmyslovou výrobu. Namísto nakupování na internetu bychom koupili návrh, s jehož pomocí by si mohl každý vytisknout to, co potřebuje na vlastní 3D tiskárně. Něčeho podobného se jen stěží někdo z nás dožije, mohli bychom se ale dočkat toho, že se z exotické hračky stane běžná záležitost alespoň v kutilských domácnostech.
3D tiskárny nejsou ničím novým. V oblasti CAD/CAM existuje již léta letoucí obrovský obor označovaný rapid prototyping, jehož cílem je rychlý vývoj prototypů připravovaných produktů. Existuje řada technologií, které dosahují různé výstupy. Ze všech CNC fréz, stereolitografií využívajících laseru pro vytvrzování tekutého média a podobných monster, které mohl „ajťák“ kdysi vídat i na Invexu, se jako nejperspektivnější pro běžné domácí nasazení jeví 3D tiskárny, které coby tiskové médium využívají roztavený plast.
Asi uhádnete, že hlavní překážkou k tomu, aby se funkční a propracované přístroje staly běžnou součástí domácností, je jejich obrovská cena, která se běžně pohybuje v řádech statisíců a milionů korun. A to by mohly změnit projekty levných 3D tiskáren, se kterými experimentují nadšenci podobně, jako tomu kdysi bylo u nás se stavebnicí ALFI, u níž z původního návodu vznikla nejprve připravená stavebnice a později i průmyslově vyráběné tiskárny.
MakerBot je open source projekt, který vychází z obdobného projektu domácího „replikátoru“ s názvem RepRap, což je zkratka pro Replicating Rapid-prototyper. Jeho základní myšlenkou bylo vyrobit přístroj, který dokáže sám sebe replikovat. Samozřejmě nemůže zvládnout všechny součástky, v současnosti je to asi 60 % ze všech dílů.
U MakerBota jeho tvůrci celý koncept přetvořili do praktičtější podoby. Optimalizovali ho tak, aby byl výsledkem jednoduchý a relativně levný přístroj bez požadavku na sebereplikaci. Výsledek jejich snažení lze pořídit buď jako základní stavebnici za 750 dolarů, luxusní sadu, která obsahuje vše nutné včetně ATX zdroje, potřebné kabeláže a tiskového média za 950 dolarů, nebo v případě, že si na sestavení něčeho podobného netroufáte, jako hotový přístroj za dva a půl tisíce. Nebo se do toho na základě dostupné dokumentace a výkresů a s pomocí zdrojových kódů můžete zkusit pustit sami.
Základní princip, na kterém tiskárna funguje je podobný, jako u tavící pistole na termolepidlo. Pevná tisková hlava roztaví plast ze zásobníku a z rozehřáté hmoty se zvolený objekt vykreslí do prostoru po vrstvách na podstavec, který se pohybuje ve třech osách. Různou rychlostí pohybu podstavce lze regulovat tloušťku linky.
Malá tiskárna o rozměrech 350 × 240 × 450 mm umožňuje vyrábět součástky o rozměrech asi 10 × 10 × 12 cm. Přesnost mechanismu v horizontální rovině je 0,085 mm, na výšku se může posouvat po krocích o délce 3,125 mikronu (přičemž typická tloušťka jedné vrstvy je 0,373 mm. Maximální rychlost posuvu je 5 000 mm/min v horizontálních a 200 mm ve vertikální ose.
Nejpoužívanějším materiálem pro tisk jsou kotouče s plastovým „drátem“ z ABS (tvůrci používají bílý nebo černý). Vyzkoušený je ale i HDPE (polyetylen s vysokou hustotou) a průhledný biodegradovatelný polyaktid PLA.
Jako vstup pro ovládací software se používá průmyslový standard STL. Ovládací software model rozkrájí po vrstvách a naplánuje cesty pro tiskovou hlavu. Ta potom objekt postupně nakreslí do prostoru z roztaveného plastu.
Výsledkem je docela hrubý model, který si často vyžádá ještě následné tmelení a broušení, podobné je to ale i u průmyslového rapid prototypingu.
Na demonstračním objektu v podobě zajíčka je vidět, že software pro tiskárnu má ještě k dokonalosti daleko. Když si lépe prohlédnete hlavu, všimnete si, že se její spodek roztéká. Na vině je to, že tiskárna malovala spodní čelist do vzduchu. V profi aplikacích pro rapid prototyping je obvyklé, že si tiskárna pro tyto případy vytiskne navíc podstavec, o který se přečnívající část podepře a po vychladnutí se u hotového výtisku jednoduše ořízne.
Některé existující návrhy sdílejí jejich tvůrci na stránkách Thingiverse.com. Dlužno dodat, že v současnosti tam moc rozumných a praktických věcí nenajdete, jsou tam ale i výjimky, jako sluneční clony pro fotoaparát, které by se jinak ručně vyráběly dost obtížně, plastový svěrák, jednoduchou krytku na objektiv nebo špunt do umyvadla a další zajímavou možnost využití – plastové štítky s Braillovým písmem.
Jen těžko se dá odhadovat, kudy se podobné projekty mohou ubírat. Dnes jen málokdo něco podobného k životu potřebuje. Praktický přínos pro normálního člověka, který není kovaný ve 3D modelování a nepotřebuje jednou za čas vyrobit něco, co nesežene levněji a snáze jinou cestou, je při současné nabídce modelů nulový. Podobně zbytečné se ale pro běžné lidi jevily před několika desítkami let třeba počítače.
Závěrem ještě přidáme půlhodinové video, na kterém je nedávné představení celého projektu samotnými tvůrci a ukázka celého přístroje v akci.
