Téma týdne

V Americe umí tisknout skleněné vázy. Čeká nás revoluce?

Tisknout objekty z polymerového vlákna? To je málo. Jde to i z kovu, keramiky, pískovce, cukru a živých tkání. Díky vědcům z amerického Massachusettského technologického institutu (MIT) se na seznam materiálů použitelných pro tisk zařadilo i sklo. Za vývojem nového systému G3DP stojí mezi dalšími i profesorka Neri Oxman, která proslula například hedvábným pavilonem, na jehož stavbě se podíleli samotní bourci.

V Americe umí tisknout skleněné vázy. Čeká nás revoluce?
V Americe umí tisknout skleněné vázy. Čeká nás revoluce?

„Můžeme navrhovat a tisknout části s rozdílnými tloušťkami stěn a složitě tvarovanou vnitřní stěnou, která není u foukání skla, kde povrch vnitřní stěny kopíruje vnější tvar, možná,” vysvětluje Oxman pro MIT News. „Díly z lisovaného nebo foukaného skla mohou mít pouze hladkou vnitřní stěnu. My můžeme například kontrolovat prostupnost slunečního světla. Naše tištěné díly mohou mít složitě strukturované vnitřní i vnější stěny takže mohou fungovat jako optické čočky,” dodává. Oxman vidí budoucnost v přizpůsobení technologie pro tisk daleko větších struktur, které by se mohly uplatnit v architektuře a nově tak rozšířit její současné hranice.

Při práci se sklem je nezbytné dodržovat předepsanou teplotu, rozumět vlivu tepla na viskozitu skla a umět ho udržet při správné teplotě dostatečně dlouho. Po zpracování se sklo musí ochlazovat pomalu, aby klesající teplota nezpůsobila popraskání. Dobře to vědí i výzkumníci z Mediated Matter Group MIT, kteří ve spolupráci s dalšími pracovišti zahrnující i harvardský Institut Wyss, vyvinuli zařízení, které umí tisknout objekty ze skla.

„Tvary, které bylo dosud možné ze skla vytvořit, se mohou díky vývoji nové tiskárny rozšířit o nové možnosti,“ uvažuje nad využitím nové tiskárny Anna Špuláková Beránková z knihovny materiálů matériO. A dodává, že v porovnání s 3D tiskárnami na plast, kde jsou teploty o tisíc stupňů nižší, nebude tiskárna vhodná k běžnému použití. „Bude to vyžadovat energeticky náročný proces. Navíc sklo zpracovávané novou tiskárnou není zatím v optické kvalitě. Kdyby ji v budoucnu díky dalšímu vývoji dosáhlo, mohly by se výrazně rozšířit možnosti využití této technologie,“ dodává.

Prozatím to však vypadá, že si 3D tiskárna najde uplatnění právě pro objekty designérů a umělců. Umožní jim totiž vytvořit libovolný tvar. „Objekt bude mít ale omezení v tom, že buď bude mít přiznané jednotlivé vrstvy skla, nebo bude třeba postprodukce. Ta by ovšem byla časově značně náročná a pravděpodobně by k ní opět bylo potřeba lidské síly, ne stroj,“ uvažuje Špuláková Beránková. Její slova dokládá i skutečnost, že navzdory tomu, že tiskárna ještě nemá finální podobu, vytiskl vědecký tým několik váz a vázám podobných objektů, které vystaví newyorské museum designu Cooper-Hewitt v roce 2016.

Co při tisku skleněných objektů děje? Jak píše Michelle Starr pro server cnet.com tiskárna G3DP zpracovává skelnou hmotu za pomoci dvou vyhřívaných komor. Horní komora je vlastně tavicí tyglík, který taví sklo při teplotě kolem 1040 až 1165 °C po dobu přibližně čtyř hodin. To znamená na dolním konci teplotního pásma, ve kterém lze sklo zpracovávat. Díky tomuto postupu je sklo dostatečně viskózní – může tedy být vytlačováno. Zároveň není moc měkké, takže nehrozí, že po vytištění neudrží tvar. Po tavení následuje dvouhodinové čeření skla. Během tohoto procesu musí být hlava zařízení udržována v chladu. Po ukončení čeření je hlava nastavena na teplotu 1040 °C a trysky na 1010 °C a tisk, řízený třemi nezávislými krokovými motory, může začít.

Spodní komora, kam se objekt tiskne, se mezitím mírně předehřívá na teplotu okolo 480 °C, díky tomu v ní později skleněný objekt může pomalu vychládat. Jakmile se ochladí, pokud je třeba, ohladí se ostré hrany a skleněný odpad lze z tiskárny vypláchnout ohřevem tavicího tyglíku a hlavy na teplotu opět vyšší než 1165 °C.

„Zatím je to trochu krkolomné, ale je to zajímavá věc. Podstatná bude ekonomika celého zařízení. Zmíněný feeder bude pravděpodobně hodně drahý,“ uvažuje sklář a designér Zdeněk Lhotský. „Nemyslím si, že by to nahradilo například lisovačku skla. Spíš by to mohlo přinést nové možnosti na poli designu,“ říká a poznamenává, že právě vrstvení skleněné niti skrze trysky dodá objektům charakteristický rukopis.

Nová 3D tiskárna není jediným experimentem ve svém oboru. Před čtyřmi lety umělec a designér Marcus Kayser, který se podílí právě i na vývoji tiskárny G3DP, tavil písek na poušti. Na písek nasměroval čočku, kterou procházely sluneční paprsky. Písek tak nejdříve zahřál na teplotu tání a poté zchladil – díky slinování došlo k přeměně písku v pevnou sklovitou hmotu. A experimentální pouštní misky byly na světě.

Tiskárnu G3DP čeká další vývoj. Lepší softwarové rozhraní snad časem uživateli umožní přímou kontrolu teplotních operací. Využití gravitace jako mechanismu podavače mělo za následek kolísající tlak, kvůli kterému nebyl proud roztaveného skla rovnoměrný. Vylepšení tiskárny by v budoucnu mohlo přinést testování aktivního systému podávání, například pomocí pístu. „Třeba to otevře dveře někam jinam, historie je plná ztřeštěných nápadů, z nichž se uchytí jen některé,“ zamýšlí se nad novým zařízením Lhotský.