Profesor Robert Katzschmann ze Švýcarského federálního technologického institutu v Curychu a jeho kolegové vyvinuli 3D tiskárnu, která dokáže vyrábět soustavy složené se složitých směsí tuhých a měkkých komponent. Technologie podobná inkoustovým tiskárnám vytváří mikroskopicky tenké vrstvy až čtyř různých plastů najednou, z nichž každý má jedinečné vlastnosti. O zajímavé novince informuje magazín New Scientist.
Na rozdíl od stávajících 3D tiskáren tato využívá kamery a lasery, které zajišťují, aby každá vrstva měla správnou tloušťku a vlastnosti. Tiskárna, která dokáže vyrobit složité systémy z ohebných a pevných materiálů, jako je robotická ruka nebo umělé srdce, by mohla být v budoucnosti použita k výrobě realističtějších robotů.
3D tisk budoucnosti
Odborníci pomocí této tiskárny vytvořili biologicky inspirované struktury – například srdce, chodícího robota a robotickou ruku se šlachami a svaly, která dokáže vnímat změny tlaku a dotyk. Kromě měkkých částí lze do systému zabudovat mikroskopické kanálky pro pohyb tekutin, které je u běžných robotů obtížné vytvořit. Katzschmann doufá, že tiskárna bude časem schopna zabudovat i elektrické obvody nebo živé buňky.
Tiskárna dokáže vyrobit složité systémy z ohebných a pevných materiálů
„Tradičně se setkáváme s mnoha kompromisy, kdy máme opravdu dobré vlastnosti materiálu, ale je poměrně obtížné propojit různé materiály dohromady,“ říká Kieran Gilday ze Švýcarského federálního technologického institutu v Lausanne, který se na této práci nepodílel.
Nová tiskárna řeší mnohé z těchto problémů, ale vytvoření plánů pro struktury s tak vysokou úrovní složitosti může být náročné a přinést vlastní problémy, říká Gilday. „Můžeme tyto opravdu složité struktury vyrobit, ale někdo si musí nejprve sednout a navrhnout je. Problémem se začínají stávat spíše lidé než technologie.“
Robotická ruka se svaly a šlachami
Vědci poprvé pomocí pokročilé technologie 3D tisku vytvořili robotickou ruku s kostmi, vazy a šlachami. Využili přitom výše popsanou novou technologii, která spojuje 3D tisk s laserovým skenerem a zpětnou kontrolou výsledku tisku.
Namísto opravy nerovných vrstev po tisku nová metoda zohledňuje veškeré nerovnosti při tisku následující vrstvy. „Mechanismus zpětné kontroly kompenzuje nepravidelnosti a nepřesnosti při tisku další vrstvy tím, že v reálném čase a s naprostou přesností vypočítá veškeré potřebné úpravy množství materiálu, který má být vytištěn,“ upřesňuje spoluautor Wojciech Matusik z Massachusettského technologického institutu.
Startup se sídlem ve Spojených státech nyní tuto technologii komercializuje a tiskne složité objekty na přání. Tento průlom rozšiřuje možnosti 3D tisku nejen na rychle tvrdnoucí, ale i na pomalu tvrdnoucí plasty, které se vyznačují pružností, odolností a robustností. Tato technologie zjednodušuje míchání materiálů s různou měkkostí a tuhostí a umožňuje vytváření jemných konstrukcí a komponent s vnitřními dutinami podle specifických požadavků.
Polymery v hlavní roli
„S rychle tvrdnoucími polyakryláty, které jsme dosud používali při 3D tisku, bychom tuto ruku nebyli schopni vyrobit,“ uvedl hlavní autor studie Thomas Buchner v tiskové zprávě. „Nyní používáme pomalu tvrdnoucí thiolenové polymery (thiolene polymers). Ty mají velmi dobré elastické vlastnosti a po ohnutí se vracejí do původního stavu mnohem rychleji než polyakryláty.“
Robotická ruka ze 3D tiskárny má funkční svaly a šlachy
Tyto polymery jsou obzvláště vhodné pro výrobu elastických vazů robotické končetiny. Vědci poznamenávají, že tvrdost těchto materiálů lze přesně nastavit. „Roboti z měkkých materiálů, jako je námi vyvinutá ruka, mají oproti běžným robotům z kovu své výhody. Protože jsou měkké, je u nich menší riziko zranění při práci s lidmi a jsou vhodnější pro manipulaci s křehkými produkty,“ říká Robert Katzschmann.
Vědci ze Švýcarského federálního technologického institutu v Curychu vyvinuli několik robotických aplikací a vyladili technologii tak, aby vyhovovala i pomalu tvrdnoucím polymerům. Nyní hodlají dále zkoumat možnosti této technologie, navrhovat složitější struktury a objevovat další využití. Výsledky dosavadního bádání byly publikovány ve středu 15. listopadu v odborném časopise Nature.