K modelu Masarykovy věže samostatnosti přispěl 3D tisk z MCAE

Tags: 3D tisk | MakerBot | Masarykova věž samostatnosti | MCAE Systems | Model | PLA | Replicator | Studenti | Z18

Rozhledna Masarykova věž samostatnosti, umístěná přímo nad mě­s­tem na hřebeni Hořického chlumu ve výšce 408 m n. m., je zda­le­ka viditelnou dominantou města Hořice. Její základní kámen byl položen 10. 7. 1926 za přítomnosti T. G. Masaryka. Podle původního projektu měla být věž vysoká 40 metrů, v roce 1938 se však výstavba zastavila na výšce 25 metrů. V roce 2017 projevila hořická radnice zájem o do­ko­nče­ní rozhledny podle původního plánu arch. Františka Blažka, tj. na­vý­šit věž o dalších 15 metrů. Na vrcholu Masarykovy věže by tak měl vz­ni­k­nout zasklený ochoz a nad ním ve výšce 37 metrů venkovní vyhlídka.

Rada města oslovila Střední průmyslovou školu kamenickou a sochařskou v Hořicích poptávkou na zhotovení modelu zamýšlené dostavby Masarykovy věže k příležitosti 100. výročí založení České republiky (2018).

Nelehký úkol vytvořit model celé rozhledny dostali studenti třídy 4. K, oboru geotechnika. Projekt se skládal ze zaměření stávající stavby, úpravy 3D dat, zhotovení výkresu dostavované části a následného vymodelování 3D modelu. Reálný plastový model v měřítku 1:50 byl poté vytištěn na 3D tiskárně MakerBot Replicator Z18, kterou škole dodala společnost MCAE Systems. Stávající stavba rozhledny byla nejprve zaměřena optickou korelační fotogrammetrickou metodou s využitím snímků pořízených kamerou nesenou bezpilotním prostředkem (dron). Při zpracování jsou pořízené snímky zarovnány pomocí automaticky nalezených vázacích bodů. Tím se naleznou vztahy mezi snímky a z dvojrozměrného obrazu měřeného povrchu je vytvořen jeho trojrozměrný model.
Po získání prostorových dat začalo rozkreslování dostavované části. Nejtěžší částí pro modelování se ukázalo konzolové rozšíření vyhlídkové části věže, protože je skládána z různě zapuštěných trojúhelníků. Domodelování rohu věže, který nebyl kvůli stromu dostatečně zaměřen, proběhlo na několik pokusů a v několika softwarech (např. v SW FreeForm Modeling dodaným společností MCAE Systems). Problémem se také ukázalo uzavření modelu a rozdělení na jednotlivé části pro 3D tisk.

Plastový model Masarykovy věže byl vytvořen na 3D tiskárně MakerBot Replicator Z18 z biologicky rozložitelného materiálu PLA. Díky výrobě z rostlinné biomasy (kukuřičný škrob) a přírodní látky např. celulózy je tento materiál zdravotně nezávadný a je možné ho ekologicky zlikvidovat bez zatěžování životního prostředí. Celý model je tištěn z PLA plastu barvy Beige, o tloušťce tištěného vlákna 1,75 mm ±0,05 mm. Kvůli rozměrům 3D tiskárny, které jsou 305 × 305 × 457 mm byla Masarykova věž tištěna po částech, konkrétně se jednalo o 8 dílů - přední část levá/pravá, levé křídlo, pravé křídlo, střed postavené části, vrchní část postavená (kopule), nový tubus, nová vrchní část (rozhledna). 3D tisk celého modelu (všech jeho dílů) trval 267 hodin.

Střední průmyslová škola kamenická a sochařská se nachází v Hořicích v Podkrkonoší. Leží na ose Praha – Jíčín – Hradec Králové. Patří mezi nejstarší instituce v Evropě a technologické možnosti, kterými z hlediska výuky disponuje, jsou v dnešních podmínkách unikátní.
Společnost MCAE Systems se školou úzce spolupracuje již několik let. Během této doby škole dodala kompletní sestavu špičkových zařízení z oblasti 3D digitálních technologií: 3D skener (ATOS Compact Scan s rozlišením 5 megapixelů), dvě 3D tiskárny (Fortus 250mc + MakerBot Replicator Z18), software pro 3D modelování (FreeForm Modeling včetně haptické paže Phantom) i robotické pracoviště pro obrábění kamene řízené CAD/CAM softwarem Tebis. Škola tak má k dispozici nástroje pro skenování, modelování ve virtuálním světě a obrábění složitých tvarů ve skutečném prostoru.
Velmi vysoká přesnost skeneru ATOS umožňuje měřit deformace objektů, úbytky hmoty skulptur, zaznamenávat detaily pro identifikaci originálů v setinách mm apod. Pracoviště pro 3D modelování umožnuje sochaři virtuálně modelovat přímo v prostoru složité tvary. Děje se tak prostřednictvím dotykové paže, která je schopna navodit pocit odporu virtuální hmoty (např. hlíny) na ovládající ruku.

Robotické pracoviště se skládá z robota KUKA KR 210, pevného a rotačního stolu, a výkonného CAD/CAM softwaru Tebis pro obrábění velkoobjemových dat a modelů. Robotické rameno, pro svoji kinematiku pohybu, znamená zásadní inovaci v možnostech obrábění složitých tvarů v prostoru. Pracuje v 7 osách v systému sférických nebo cylindrických souřadnic. Rameno má na posledním prvku (ekvivalentní je lidskému zápěstí) vřeteno, které nese příslušný rotační nástroj. Technologii 3D tisku studenti využívají pro vytváření prostorových objektů – od kontroly 3D modelu přes přípravu souborů pro tisk, řezání modelu a úpravu rozměrů až po samotný 3D tisk. Získávají tak neocenitelné zkušenosti s digitálním sochařstvím.