3D tiskárna RepRap: vytiskněte si třeba brýle

Josef Průša nás pozval do svého bytu v centru Prahy, který mu zároveň slouží jako laboratoř. Dveře domu nám otevírá vysoký mladý muž, který hned bodře navrhne: Co kdybychom si tykali, když už jsme se tu tak sešli? oba dva i s fotografem souhlasíme a Josef nás vede nahoru do čtvrtého patra. Včera jsem tu tahal na zádech 75 kilo plastu pro tiskárnu, docela fuška, vypráví, když stoupáme po starém točitém schodišti.

Více fotografií naleznete v naší galerii.

Procházíme bytem až do místnosti tři krát tři metry, která slouží výhradně jako laboratoř. Dlouhý stůl podél zdi je plný nástrojů, součástek, drátů, ale i beden s hotovými výrobky, které chrlí tiskárna RepRap. Ta stojí pod oknem a její krokové motorky vydávají neustálý tichý bzukot. V rohu stojí vysoký komín velkých špulek, na kterých je namotáno oněch 75 kg plastu, který slouží tiskárně jako potrava.

Pod oknem vlastně stojí tiskárny dvě – jedna malá a jedna velká, uzavřená v mohutné plechové skříni. Důležitá je ta malá, to je pravý RepRap. Ta velká se jmenuje ShaperCube a patří do rodiny RepStrap, vysvětluje hned Josef Průša. RepRap není lecjaká 3D tiskárna, podstatné na ní je to, že se umí sama replikovat. To ale umí jen RepRap, tiskárny RepStrap umí jen tisknout a je to zřejmě slepá vývojová větev a už se nebude dále rozvíjet.

Hardware i software značky open source

Tiskárna stále bzučí a její hlava rychle přejíždí nad podložkou, na které postupně vyrůstá poměrně složitá součástka, kterých je v krabici vedle už několik. To je právě kus RepRapu. Tenhle každý se vyrábí asi dvě hodiny, říká Průša. Celá tiskárna je schopná vyrobit sebe samu asi za osmnáct hodin, dodává a vysvětluje, že vše je vymyšleno tak, aby kromě těchto plastových součástek byly potřeba jen věci z běžného železářství. Například potřebujete závitové tyče. Ty by samozřejmě tiskárna uměla vyrobit taky, ale trvalo by to dlouho a spotřeba materiálu by byla poměrně velká. Je lepší si je koupit v železářství za pět korun za kus, popisuje postup výroby tiskárny její majitel.

Samozřejmě je potřeba pořídit ještě nějakou elektroniku, ale tu je podle Josefa Průši vždy lepší kupovat v zahraničí, kde je výrazně levnější. Stále probíhá intenzivní vývoj RepRapu a celá výroba se stále zjednodušuje. Já jsem výrazně přispěl ke zjednodušení celého projektu, když jsem původních 52 kuličkových ložisek plně nahradil vytisknutelnými součástkami, popisuje svou práci na projektu. Výsledkem je výrazně jednodušší výroba celého zařízení. To je vlastně cílem celého projektu – abychom byli co nejméně závislí na jiných součástkách.

Řídící software je samozřejmě open-source a také k návrhu výrobku je možné použít výhradně otevřené aplikace. Nejdříve se použije nějaký modelovací 3D software, třeba Blender. Já osobně používám OpenSCAD, který je víc programátorský a umožňuje zadávat objekty přesněji, spíš se programují. Výsledkem je 3D soubor, který je pak potřeba předložit sliceru. To je program, který propočítá, kudy má pak v praxi hlavice jet, kolik materiálu má vytlačit a podobně. Výsledkem je pak už program pro tiskárnu. Ten už obsahuje jen velmi jednoduché instrukce pro posun hlavy a dávkování materiálu a je velký řádově stovky kilobajtů až megabajty. Počítač pak tento program předává ovládací elektronice, kterou tvoří klasické Arduino. Jsme sice na hranicích jeho možností, ale umožňuje nám to zachovat tiskárnu naprosto jednoduchou. V závislosti na aktuálním měnovém kurzu je možné postavit si RepRap přibližně za 13 000 Kč.

Ekologický tisk

Pro samotnou práci tiskárny je samozřejmě potřeba ještě příslušný materiál. Těch existuje celá řada a každý z nich má jiné vlastnosti. Buď se používá ABS, což je stejný materiál, ze kterého se vyrábí Lego, nebo třeba támhle na zemi leží PLA. Ten se vyrábí z kukuřičného škrobu a je to ekologicky odbouratelné. Výstup z tiskárny tak může být ekologicky naprosto neškodný. Když na nás někdo přijde s tím, že jen zbytečně zvyšujeme objem plastu v prostředí, tak máme alibi. Cena materiálu je prý hodně variabilní a závisí na tom, v jakém množství se odebírá. Pro uživatele RepRapu se už prý vyplatí nechat si materiál vyrábět, což výrazně snižuje jeho cenu. Nám se daří nakupovat kilogram asi okolo 500 korun, což je velmi dobrá cena, protože na spotřebování jednoho kilogramu je třeba, aby tiskárna jela týden v kuse, dodává Průša.

Přichází samozřejmě zásadní otázka – co všechno je možné takto tisknout? Vlastně… je možné vytisknout cokoliv, odpovídá zamyšleně Průša. Zkoušíme to jinak – co není možné vytisknout? Samozřejmě si můžeme vymyslet objekt, který by byl nevytisknutelný. V současné době nám chybí podpůrný materiál, takže nemůžeme tisknout třeba věci ve vzduchu. Nedokážeme vytisknout třeba hříbek. Jeho klobouk by neměl na čem držet, popisuje Josef Průša, ale dodává, že i toto bude časem vyřešeno. Chceme mít možnost tisknout dva materiály zároveň, přičemž jeden z nich by byl například rozpustný v nějaké kapalině a na konci procesu bychom ho mohli nechat odplavit a zachovat jen užitečnou část.

Velkým výrobcům navzdory

Myšlenka 3D tiskáren není nijak nová a na komerční bázi už existuje déle než třicet let. RepRap je tedy jen snahou přesunout celou nákladnou technologii do domácích podmínek. Pro velké firmy je to samozřejmě byznys a ony se to tak snaží zachovat. Nejlevnější 3D tiskárna stojí 300 000 Kč a cena za materiál je astronomická, vysvětluje Průša a dodává, že průmyslové tiskárny jsou kvalitativně podstatně dále. Velcí hráči se nám zatím vysmívají, že si jen tak hrajeme. Počítám ale, že asi za rok a půl je v kvalitě dohoníme, říká Průša s naprosto vážnou tváří. Brzy by se měla tiskárna objevit na veletrhu For Indrustry, což je podle Josefa Průši velká událost – poprvé tak stane vedle výrobců velkých komerčních řešení.

Celý projekt RepRap vznikl před šesti lety na britské University of Bath a velmi rychle se rozšířil do celého světa. Je to klasický open-source projekt, takže každý může vzít původní podklady a začít je vylepšovat libovolným směrem. Existuje proto několik desítek různých vývojových větví, říká Josef Průša. Celá jeho tiskárna je k dispozici na GitHubu a kdokoliv si ji může postavit. Kolik jich přesně existuje, ale prý přesně říci nedokáže. RepRapů je na světě asi 1500, konkurenčních MakerBotů jsou asi 2000. Ale to jsou velmi hrubé odhady, protože počty se rozrůstají exponenciálně – každý vyrobený kus může vyrábět další. V Česku je možné tyto tiskárny spočítat na prstech jedné ruky. Vím asi o pěti tiskárnách u nás. Ale žádný další Čech už se nepodílí na vývoji.

Samozřejmě stále existují i profesionální prototypovací nástroje, které bývají často na univerzitách, jejich nevýhodou je ale vysoká cena, která nakonec vlastně brání v používání. Protože je to hodně drahé, většina studentů si na tom vyzkouší jeden výrobek za rok a tím to končí. Na RepRap je možné se pořád učit, zkoušet a měnit, až dosáhnete kýženého výsledku. Podle Průši by měla být taková tiskárna naprosto běžnou výukovou pomůckou. Pro mě je to už dnes tak samozřejmý nástroj, jako je pro někoho třeba tužka.

Od ramínek až po brýle

Z vyprávění Josefa Průši by se mohlo zdát, že jde o čistě akademickou hračku. Zcela názorně ale dokáže demonstrovat, že RepRap je pomocníkem v běžném životě. Mám tu třeba úchytky na skříně, věšáky na šaty, tiskl jsem i píšťalky nebo třeba tyhle dioptrické brýle, chlubí se s vítězoslavným úsměvem. A ukazuje nám své brýle, které používá hlavně ve škole na přednáškách na VŠE.

Příběh zajímavých brýlí si necháváme vyprávět. Došel jsem do optiky, že potřebuji skla a že obroučky si vyrobím. Oni se dost divili: ‚A to si dokážete sám vyrobit brýle?‘ Jasně, říkal jsem, budou mě stát tak pět korun a zítra vám je přinesu ukázat. Za večer jsem si navrhl vzhled a vyrobil si je, směje se Průša. Našlo se ale už i průmyslové využití: Některé výrobky jsou i v automobilce TPCA, pro kterou jsem vyráběl držáky na laserové měřiče. Průšu ale nejvíce zatěžuje výroba dalších tiskáren, protože pomáhá studentům na zahraničních univerzitách stavět jejich vlastní stroje. Brzy například pojedu do německých Cách, kde se sejde větší skupina lidí a budeme společně stavět jedenáct nových tiskáren.

Nejen plast, ale i čokoláda nebo kovy

Josef Průša v budoucnost 3D tiskáren pevně věří a věří, že se poměrně brzy tato zařízení dostanou do běžných domácností. Podle toho, jak rychle se to šíří dnes, odhaduji, že za deset let budou tyhle tiskárny poměrně běžné. Podle Průši se ale na RepRap děvčata moc balit nedají, tisk plastu je příliš nezajímá. Většina se jich hned zeptá, jestli to umí tisknout věci z čokolády. Už jsem okolo toho dělal výzkum a mám v plánu vyrobit hlavu, která to dokáže, vysvětluje s úsměvem.

Existují ale i další materiály, které už se dnes běžně využívají. Jeden člověk například tiskne keramickou hlínu, z ní vymodeluje výrobek, který pak vypálí v peci. Tisknou se třeba také silikony a pracuje se i na vytlačování kovů. To nám umožní vyrábět například plošné spoje. Už se podařilo vytisknout i funkční tranzistor. Zatím nemá nijak úžasné parametry, ale dokazuje to, že taková věc je možná, představuje budoucnost 3D tisku Josef Průša.

Josef Průša celý náš rozhovor končí tím, že RepRap představuje bohatství bez peněz. Proč si kupovat další věci, když si je vlastně dokážeš sám vyrobit? Opouštíme pražský byt plný užitečných plastových výrobků z 3D tiskárny a doufáme, že skutečně jednou budeme mít podobnou věc doma.

Foto: Ondřej Hošt