Neobvyklé modely

Středa, 14 Březen 2007 17:20

Digitální prostředí nás provází každým dnem v mnoha oblastech našeho života. Každý den milióny lidí tvoří ve virtuálním počítačovém CAD prostředí, které se stalo možností, jak snadno vytvořit design nového výrobku, změnit rychle a přesně tvar, rozměry již vyrobených dílů nebo sestavit celý digitální prototyp budoucího produktu. Tato činnost zasahuje dnes do mnoha oblastí tvůrčí práce a není jenom výsadou průmyslu. Plně dnes vstoupila do oblasti umění, architektury, medicíny, archeologie, antropologie, ...
Digitální CAD model je ale „uvězněn“ v počítačovém prostředí a klasické metody výroby nebyly vždy časově v souladu s rychlostí s jakou se vytvořily v jeho digitální podobě.
Rychlý vstup do fyzické reality umožňuje metoda 3D tisku prostřednictvím zařízení, které jsou dnes všeobecně nazývány 3D tiskárny.

Za dvacet let vývoje těchto speciálních technologií se počet zařízení rapidně zvýšil právě až v posledních několika letech. Ceny zařízení a dílů vyráběných technologií rychlé výroby prototypu (Rapid Prototyping) byly do nedávné doby velmi vysoké a nedostupné pro mnoho uživatelů CAD systémů. S nástupem 3D tiskáren se cena výrazně snížila a stále snižuje a tato skutečnost umožňuje rozšíření těchto zařízení mezi mnoho dalších uživatelů. 3D tiskárny již dnes začínají vstupovat do domácností jako Hi-Tech zařízení a dá se předpokládat, že se v budoucnu stanou standardním zařízením, stejně jako běžná kancelářská tiskárna nebo plotter.
Zajímavá je také skutečnost, že 3D tiskárny dnes svojí technickou úrovní, kvalitou a přesností výroby modelů stále více konkurují nákladným RP technologiím. 3D tiskárny nejsou dnes jenom záležitostí rychlého tisku pohledových dílů. Příkladem mohou být 3D tiskárny řady Dimension, dnes ve světě nejrozšířenějšími produkty skupiny 3D Printing Group společnosti Stratasys.

Pokud je potřeba vyrábět rozměrné díly a z různých druhů modelovacích materiálů (PC-ABS, Polykarbonát …) a přitom využít jednoduchosti a spolehlivosti stavby dílů, lze využít např. zařízení řady Vantage společnosti Stratasys. Obě zařízení používají pro stavbu modelů technologii FDM (Fused Deposition Modeling). Fyzický prototypový model vzniká postupným nanášením taveniny po velmi tenkých vrstvách a vždy se spotřebuje jen nezbytně nutné množství modelovacího materiálu.
Oblast použití 3D tiskáren je velmi široká, od výroby přesných prototypových modelů, dílů a forem, až po moderní komunikační nástroj v procesu vývoje a výroby. 3D tiskárny, pracující přímo v kanceláři, umožňují rychle vyrobit modely, které jsou dostatečně pevné, přesné a jsou tak využitelné nejenom jako pohledové modely, ale hlavně jako funkční prototypové díly. Pro stavbu modelů používají netoxický ABS plastový materiál, který je dnes běžně používaným materiálem. Prototypové modely si zachovávají svoji tvarovou i rozměrovou přesnost, vnitřní struktura materiálu je stabilní a vyrobené díly lze proto použít jako plně funkční díl.

Studie traktoristy (3D tisk, ABS model, Dimension)
Spolehlivost a jednoduchost obsluhy, srovnatelná s obsluhou běžné tiskárny, umožňuje uživateli soustředit se hlavně na tvůrčí činnost, ne na samotné zařízení. Dnes už v České republice FDM zařízení pracují v mnoha různých aplikacích, v průmyslu, školství, architektuře, designu nebo i v oblasti umění.
Dlouholetým uživatelem FDM technologie je společnost Tescoma Zlín, průkopník využití technologie 3D tisku v oblasti designu moderní kuchyně, nádobí, nářadí a pomůcek pro vaření a stolování. Fyzický prototyp je důležitý komunikační prostředek, spojující designéry, marketing, výrobce i budoucí prodejce.

Další zajímavé využití umožňuje spojení 3D tiskárny s 3D scannerem. Zatímco 3D tiskárna nám umožnila výstup 3D modelů z digitálního prostoru, 3D scanner pracuje opačně. Fyzický model se transformuje do digitální podoby, čímž můžeme přecházet z virtuálního prostoru do reality a zpět.
Příkladem této aplikace je socha Zigmunda Freuda akademického sochaře Michala Gabriela, která vznikala metodou postupně zmenšovaných zrcadlových obrazů fyzického modelu sochy v jeho digitální podobě.
Je velmi důležité, že tato metoda tvorby dovoluje sochaři zůstat u klasických sochařských postupů a použít digitální technologie jako nový nástroj a prostředek pro další netradiční postupy při své práci.

Fiktivní portrét Mozarta (3D tisk, ABS model Dimension)
Dalším příkladem je prostorová plastika, kterou vytvořil Sochař Mgr. Tomáš Medek. Model byl vytvořen v digitálním prostředí počítače a postaven technologií FDM na zařízení Vantage z materiálu ABS. Nekonvenční technologie 3D tisku je v tomto případě jedinou možností vyrobení tak složitého modelu.

V poslední době se stále více uplatňují nekonveční technologie 3D tisku v oblasti výroby, nazývaná termínem DDM (Direct Digital Manufacturing). Klasické technologie obrábění pro výrobu přípravků a forem jsou v některých oblastech nahrazovány technologiemi 3D tisku.
Rychlost, nízké náklady a flexibilita jsou důvodem začínajícího trendu v procesu výroby a do budoucna se předpokládá výrazné nasazení těchto moderních technologií.
Příkladem může být výroba chapadla manipulačního robota. Nástroj je vyroben metodou FDM z ABS materiálu.

ABS model v zařízení FDM Vantage
Model obsahuje uzavřený kanál pro odsávání vzduchu, kterou lze technologií 3D tisku velmi snadno vytvořit a celá sestava chapadla byla vyrobena během několika hodin. Výhodou je snadná modifikace přípravků a okamžitá výroba na 3D tiskárně.
Nekonveční technologie 3D tisku umožňuje konstruktérů velmi rychlé a levné ověření svých konstrukčních řešení přímo v kanceláři bez nutnosti použití klasických technologií výroby.

Krychle z krychlí (3D Tisk, ABS model, Vantage)
3D tiskárny Dimension jsou dnes ve světě a také u nás velmi oblíbeny na univerzitách nebo středních školách. Umožňují rychlou a snadnou výrobu funkčních prototypů u nových řešení konstrukčních sestav, mechanismů a koncepčních řešení. Na obrázku je příklad řešení automatu na Rubikovu kostku. Systém během několika minut automaticky vyřeší potřebné kroky a nastaví segmenty kostky vždy do základní polohy (řešení studentů v FH Technikum Kärnten).
Rozvoj nekonvečních technologií výroby modelů a navazující digitální technologie se budou stále rychlejším tempem dostávat do mnoha oblastí našeho života stejně tak, jak je dnes běžně používán CAD Software a tiskárna.

Ing. Daniel Adam je jednatelem společnosti MCAE