RepRap 3D tištěný pohyb – sebereplikační design pro rychlý vývoj prototypů a inspirující inovaci

Trojrozměrný (3D) tisk umožňuje rychle vytvářet prototypy a uspořit měsíce práce v procesu vývoje. Zatímco dříve 3D tiskárnám bránily v realizaci náklady na hardware a nedostatek snadno ovladatelného softwaru pro uživatele bez znalosti CAD, možnost sebereplikační 3D tiskárny RepRap jako open source, ve spojení s volně stažitelným softwarem pro 3D modelování DesignSpark Mechanical, dávají společnostem i návrhářům příležitost zkrátit proces vývoje produktu a inspirují k inovacím.

3D tisk

3D tisk přináší revoluci do vývoje produktů. Jedná se o způsob výroby hmotných objektů z modelů CAD pomocí aditivního výrobního postupu: postupného nanášení vrstev materiálu, například plastu nebo kovu, které se formují do různých tvarů. 3D tisk se stále více používá k rychlé výrobě prototypů a částečně i při výrobě v mnoha oborech včetně strojírenství, stavebnictví, automobilového průmyslu, vojenského a  leteckého průmyslu, zdravotnictví a řady odvětví spotřebního průmyslu. Postupně se přesouvá z okrajové technologie používané většími společnostmi na masový trh pro spotřebitele a malé podniky. Dá se proto předpokládat, že 3D tisk, ve spojení s dalšími technologiemi a možnostmi jako open source, je předurčen k tomu, aby sehrál významnou roli v budoucnosti, ve které nás pravděpodobně čeká jedinečnost a nárůst individuálních úprav místo značně unifikovaného masového přístupu k výrobě nedávné minulosti.

Rychlý vývoj prototypů – hodiny místo týdnů

I když 3D tisk se začíná prosazovat v tradiční výrobě produktů v mnoha oborech, zejména v případech malých sérií nebo úprav na zakázku, tato technologie je pro velkosériovou výrobu omezená. Schopnost rychlé výroby prototypů však přináší revoluci do vývoje produktů – výroba prototypů nevyžaduje žádné technické dovednosti, což rapidně urychluje uvedení novinky na trh a navíc dává konstruktérům nebývalou kreativní volnost. V procesu vývoje produktů došlo k  výraznému zlepšení v  nejrůznějších oborech včetně výroby automobilů, spotřební elektroniky nebo zdravotnických zařízení. Technologie 3D tisku se ve velkých i malých společnostech využívá při výrobě prvních prototypů nových dílů a součástí k vývoji a testování nových koncepcí jako alternativa k používání speciálních nástrojů a nářadí. Tento způsob umožňuje návrhářům produktů vyrobit prototyp během několika hodin nebo dní, oproti dřívějším týdnům nebo měsícům. Tento proces však nabízí víc než jen úsporu času a  nákladů; rychlá tvorba prototypů pomocí 3D tisku vytváří nápaditější a kvalitnější produkty. Návrháři produktů již nemusejí čekat, než se z externích strojních dílen nebo lisoven vrátí nástroje nebo díly. 3D tiskárny umožňují fyzické testování a další dolaďování a  vylepšování prototypů před zavedením produktu do sériové výroby.

RepRap a sebereplikace

Významnou hybnou silou v 3D tisku je snaha o přístup open source a sebereplikaci 3D tiskáren. Projekt „Replicating Rapid Prototyper“ (Replikující se zařízení pro rychlý vývoj prototypů), také označovaný „RepRap“, spustil v roce 2004 Adrian Bowyer, bývalý profesor strojírenství na univerzitě v britském Bathu. Jedná se o akci zaměřenou na vývoj cenově dostupné 3D tiskárny, která dokáže vytisknout většinu svých součástí. Tiskárny RepRap využívají technologii FFF (Fused Filament Fabrication) založenou na postupech 3D tisku. Používají počítačem řízenou tavnou pistoli a cívku plastu zasouvanou do tavicí komory; plast vystřikovaný malou tryskou vytvoří první vrstvu na základní desce, která poté nepatrně klesne a připraví se tak na druhou vrstvu; a tak stále dokola.

Protože zařízení dokáže vyrobit většinu plastových dílů, RepRap vyžaduje, aby všechny ostatní součásti potřebné ke stavbě kopírovaného zařízení, například elektromotor, elektronické součástky a různé další součásti jako kovové závitové tyče, měly dvě vlastnosti – musí být relativně levné, snadno dostupné a kdokoli je musí být schopen sehnat kdekoli na světě. Základním účelem projektu RepRap je navíc zpřístupnit 3D tisk všem, a proto je jeho elementární zásadou přístup v podobě open source; soubory s návrhy tedy musí být všem volně k dispozici. Členové komunity RepRap tím budou automaticky konstrukci neustále vylepšovat, čímž se stane přesnější a snáze sestavitelnou; většina z těchto vylepšení se samozřejmě objeví na webu. Znamená to tedy, že pokud má uživatel starší zařízení RepRap, může je použít k výrobě nového zařízení založeného na vylepšené konstrukci.

RepRapPro Ormerod

Navíc, aby se tato koncepce dále šířila, byl v roce 2011 spuštěn projekt RepRapPro, komerční odnož projektu RepRap. Jako první byly v projektu RepRapPro k dispozici 3D tiskárny nazvané Huxley a Mendel, obě prodávané za cenu několika set britských liber jako sada, buď s vytištěnými plastovými díly, nebo bez nich. Nyní je k dispozici nejnovější konstrukce RepRapPro, kompletní sada 3D tiskárny Ormerod. Pokud je tato tiskárna použita v kombinaci se softwarem pro tvorbu 3D návrhů, jako je například bezplatný 3D nástroj DesignSpark Mechanical společnosti RS, mohou konstruktéři po celém světě vyvíjet důmyslné koncepce a produkty velice rychle a s nízkými náklady. Tiskárna Ormerod, která je také vhodná pro malosériovou výrobu, je jednou z nejflexibilnějších 3D tiskáren na trhu. Její funkce se dají snadno rozšířit, lze ji rychle replikovat a dá se i rychle smontovat.

Jako její předchůdci, i tiskárna Ormerod využívá k vytváření 3D objektů z celé řady plastů v nejrůznějších barvách technologií FFF (Fused Filament Fabrication), což je varianta modelování tavené depozice. Tato technologie umožňuje uživatelům vytvářet prakticky jakékoliv tvary, které lze vymodelovat v počítači, včetně takových, které nelze tradičními výrobními postupy vůbec vyrobit. Ormerod je monochromatická 3D tiskárna umožňující v jednom okamžiku práci s jedním typem plastu, základní zařízení však umožňuje tříbarevnou depozici. V krátké době bude dostupná rozšiřovací sada. Kromě toho byla u tiskárny Ormerod přepracována elektronika, která nyní umožňuje připojení prostřednictvím webového prohlížeče. Její konstrukce je navíc ve srovnání s předchozí verzí RepRapPro Mendel, jejíž sestavení zabralo v průměru dva dny, mnohem jednodušší; sestavení tiskárny Ormerod zabere pouhé dvě hodiny. Je proto daleko dostupnější i pro méně technicky zdatné typy uživatelů.

Sada dílů

Tiskárna RepRapPro Ormerod od společnosti RS se dodává jako sada dílů obsahující všechny potřebné součásti k jejímu sestavení. Kompletní sada obsahuje: veškeré součásti tištěné pomocí 3D tisku; hardware a  spojovací díly, včetně hladkých a  závitových tyčí, šroubů, matic, podložek, řemenů a  ložisek; předem osazené a naprogramované elektronické díly; kartu MicroSD s adaptérem; vyhřívanou PCB podložku; motory; sestavu trysky a mechanismus pohonu výtlačné hlavy (extrudéru); 100 m materiálu vlákna PLA (polymer kyseliny mléčné) o průměru 1,75 mm (přibližně 300 g); napájecí zdroj (pro EU, Velkou Británii, USA a Austrálii) a konečně software k provozování stroje, včetně firmwaru pro elektroniku. Tiskárna Ormerod se dále vyznačuje přesností 0,1 mm, rozlišením 0,0125 mm, rychlostí tisku 1,8 mm za minutu a rychlostí nanášení 33 cm3 za hodinu.

Všechny tiskárny RepRapPro navíc dokáží sebereplikovat vlastní plastové součásti, proto budou k dispozici i čistě hardwarové sady Ormerod bez plastových dílů vytištěných na 3D tiskárně. Majitelé tiskárny Ormerod tak budou moci vyrábět tiskárny Ormerod pro ostatní. Dostupnost levné technologie 3D tisku v podobě tiskárny RepRapPro Ormerod, ve spojení s konstrukčním softwarem jako bezplatný a intuitivní DesignSpark Mechanical a rozsáhlou knihovnou modelů 3D součástí od společnosti RS, znamená, že 3D návrhy a rychlá tvorba prototypů jsou nyní dostupné mnohem širší komunitě uživatelů, a nikoli jen odborníkům na CAD. Díky tomu vzniká víc návrhů a produkty jsou uváděny na trh rychleji.

Sada RepRapPro Ormerod je k dispozici na webu RS (uk.rs-online.com/web/p/3d-printers/7952333/) a software DesignSpark Mechanical je bezplatně k dispozici ke stažení z webu DesignSpark na adrese www.designspark.com.