Pod pojmem 3D tisk si mnoho lidí představí typicky vroubkovaný objekt z plastové struny. Berlínský startup Tiwari Scientific Instruments dělá něco o poznání sofistikovanějšího. Už dva roky přesvědčuje partnery z vesmírného byznysu, že 3D tisk ve srovnání s konvenčními díly nejen obstojí, ale do pověstně náročné oblasti přinese úsporu hmotnosti, jednodušší konstrukci, zkrácení vývoje a často i lepší fyzikální vlastnosti, což jsou všechno vlastnosti, které lze přepočítat na úsporu nákladů.
Tiwari tiskne z kovů a keramiky a má za sebou výsledky. Firma má podporu Evropské kosmické agentury ESA a agentury Enterprise Europe Network, která pomáhá se získáváním nových obchodních partnerů. Díky EEN získal Tiwari grant EU v projektu Galactica na společný vývoj procesu 3D tisku, který umožní výrobu dílů pro obleky astronautů a habitatů na Měsíci s využitím místních zdrojů, tedy měsíčního prachu.
Výhoda je zřejmá – úspora hmotnosti, protože vezete pouze tiskárnu a opakovaně použitelné termoplastické pojivo, nikoliv samotný materiál pro tisk.
„Nemáme na starost vývoj tiskárny, ale tiskový proces. Samozřejmě nemůžeme pracovat se skutečnou hmotou z měsíce, ale European Astronaut Centre analyzovala skutečný měsíční prach a z dostupných materiálů vyrobila věrný simulant. Projekt je pro nás velmi čerstvý, začali jsme v září a máme za sebou úspěšné testy v malém měřítku, ale ještě do konce roku se posuneme k řádově větším objektům,“ vysvětluje zakladatel a výkonný ředitel firmy Siddharth Tiwari při setkání na stánku EEN na lisabonském WebSummitu.
Jeho společnost vyvíjí stejný koncept pro výstavbu nouzových stanovišť na Zemi v oblastech zasažených přírodní katastrofou. V tomto případě se pracuje s pískem.
Vlevo Siddharth Tiwari, výkonný ředitel firmy Tiwari Scientific Instruments. Vpravo Jens Woelki, projektový manažer agentury Enterprise Europe Network, která firmě pomáhá získávat nové obchodní partnery.
Jedním z cílů firmy je už ve fázi vývoje identifikovat slibné udržitelné technologie, které by šlo využít jak přímo na Zemi, tak při dobývání vesmíru. Další související aktivity, kterým se firma věnuje, je měření tepelné vodivosti a tepelné roztažnosti objektů vyrobených 3D tiskem. Tyto vlastnosti jsou při cestách do vesmíru klíčové, hotové objekty se totiž setkávají s extrémním rozsahem teplot.
...a pak se to speče
Tiwari se nebojí experimentovat, ale pokud se u dva roky mladé firmy dá mluvit o běžné produkci, tak jde o kovové a keramické díly pro vesmírný průmysl. Mohl jsem si prohlédnout několik hotových dílů a překvapila mě jejich velikost. „3D tisk z kovů a keramiky má své limity. Technologie se jmenuje Fused Filament Fabrication (FFF), používáme termoplastický filament s obsahem částic požadovaného kovu či keramiky. Prvně na stolní tiskárně, která nemá daleko k produkčním modelům, tiskneme tzv. green body výtisk.“
„Ten pak prochází pecí, kde se vypeče okolní plast, zůstane jen cílový materiál a objekt se výrazně zmenší. Pracujeme s různými délkami procedur, v různých plynných atmosférách a samozřejmě s různými teplotami – pro ocel je to 1 300°, pro keramiku například 2 200°C. Tento proces dokážeme přesně predikovat a kontrolovat, ale uspokojivé výsledky má pouze do určité velikosti, hranice je cca 15 centimetrů. Pak už se vnitřní struktura deformuje a nejsme schopní garantovat požadované vlastnosti,“ vypráví Siddharth.
Tohle je chladič, který má vstup, výstup a do 25 záhybů stočené řečiště uvnitř. Při konvenčním způsobu výroby by bylo nutné svářet, svary jsou dlouhé, při této velikosti relativně nepřesné, a tedy náchylné k chybě. A taková chyba může ve vesmíru zhatit projekt za milióny eur. Tiwari stejný díl umí vyrobit na míru, rychle a spolehlivě.
Tiwari také vysvětluje, proč tiskne právě touto metodou: „Technologií je více. Můžete pracovat s čistým práškovým kovem, kde tvar výsledného objektu určuje laser lokálně spékající prášek. U některých aplikací však je problém, že prášek zůstává uvnitř.“
Tohle je prototyp filtru pro vesmírný skafandr. Při výrobě konvenčními metodami by byl násobně větší.
Zjednodušené schéma technologie FFF a rozhodovací diagram pro určení vhodného materiálu. Zpracovat konvenčními metodami ocel není problém, ale u dalších materiálů excelují 3D technologie.
A opět je tu ta vesmírně-terestrická synergie. Siddharth říká, že skvělé výsledky v materiálových testech u European Space Agency jsou pro firmu neocenitelnou reklamou u pozemských projektů. Zjednodušením celé komunikace s potenciálním zákazníkem je online estimation tool, kam kdokoliv nahraje 3D model požadovaného výrobku, zadá základní požadavky a okamžitě získá odhad ceny.
Spojení 3D tisku a vesmírných projektů není nic až tak objevného. Slavný Perseverance Rover, který letos v únoru přistával na Marsu, má na palubě 11 součástek vyrobených pomocí 3D tisku.
