Dnes je považujeme za běžnou součást technických dílen, designových studií i domácností nadšenců. 3D tiskárny vyrábějí vše od náhradních dílů pro vesmírné stanice až po personalizované kloubní náhrady. Cesta k této technologické revoluci však začala nenápadně před více než čtyřiceti lety, v době, kdy představa „tisku“ trojrozměrných objektů zněla jako čistá sci-fi. Příběh vzrodu 3D tisku je příběhem trpělivosti, vypršelých patentů a jedné vize, která navždy změnila způsob, jakým vyrábíme věci.
Okamžik „Heuréka“ v kalifornské laboratoři
Píše se rok 1983. Charles „Chuck“ Hull, mladý inženýr pracující pro firmu vyrábějící UV lampy na vytvrzování nátěrů, tráví večery v laboratoři. Frustrován zdlouhavým procesem výroby plastových prototypů, který tehdy trval týdny, přichází s revoluční myšlenkou: co kdyby se objekt dal vytvořit skládáním tenkých vrstev polymeru na sebe?
Hull využil vlastností fotopolymerů – kapalin, které při osvícení UV zářením okamžitě tuhnou. Sestrojil zařízení, které pomocí paprsku UV světla „kreslilo“ tvary na hladinu nádrže s pryskyřicí. Poté, co první vrstva ztuhla, platforma v nádrži klesla o zlomek milimetru a proces se opakoval. Prvním objektem, který kdy spatřil světlo světa prostřednictvím 3D tisku, byl malý černý kelímek na vyplachování očí. Hull si technologii nechal v roce 1986 patentovat pod názvem stereolitografie (SLA) a založil společnost 3D Systems, která existuje dodnes.
Souboj technologií: Od prášku k tavné pistoli
Hull nebyl jediným vizionářem. Krátce po něm se objevily další dvě klíčové technologie, které tvoří pilíře dnešního 3D tisku. Na Texaské univerzitě vyvinul Carl Deckard metodu selektivního laserového sintrování (SLS). Místo tekuté pryskyřice použil laser k tavení práškového materiálu. Tato metoda umožnila tisk z odolnějších plastů a později i kovů.
Třetí, dnes nejrozšířenější metodu, zrodila náhoda v garáži. Scott Crump chtěl v roce 1988 vyrobit pro svou dceru hračku žáby. Naplnil tavnou pistoli směsí polyethylenu a vosku a začal vrstvu po vrstvě nanášet materiál. Uvědomil si, že proces lze automatizovat pomocí počítačem řízených motorů. Tak vzniklo modelování tavenou depozicí (FDM). Crump založil firmu Stratasys a jeho technologie se stala základem pro všechny dnešní dostupné stolní tiskárny.
Dvě desetiletí v izolaci
Navzdory genialitě těchto objevů zůstal 3D tisk po dvě desetiletí široké veřejnosti prakticky neznámý. Důvodem byla cena a ochrana duševního vlastnictví. Průmyslové tiskárny stály statisíce dolarů a využívaly je pouze obří korporace jako Ford, Boeing nebo NASA pro tvorbu prototypů. Technologie byla uzavřena za hradbami patentů, které bránily komukoliv jinému vyrábět levnější zařízení.
Zlom přišel až v roce 2005. Adrian Bowyer, profesor na univerzitě v Bathu, spustil projekt RepRap (Replicating Rapid Prototyper). Jeho cílem bylo vytvořit 3D tiskárnu, která by dokázala vytisknout většinu svých vlastních součástek. Bowyer udělal revoluční krok – veškerou dokumentaci publikoval jako open-source.
Demokratizace výroby
Skutečný „boom“ však nastal až v roce 2009, kdy vypršely klíčové patenty na technologii FDM (tisk tavením plastové struny). Trh zaplavily levné stroje a vznikly firmy jako MakerBot nebo česká Prusa Research, která se stala jedním z globálních lídrů oboru. 3D tisk přestal být nástrojem pro elity a stal se dostupným koníčkem.
Dnešní perspektiva vzniku 3D tiskáren ukazuje, že nešlo jen o nový způsob výroby, ale o změnu paradigmatu. Zatímco tradiční výroba je „subtraktivní“ (materiál se odebírá, např. frézováním), 3D tisk je „aditivní“. To umožňuje vytvářet struktury, které jsou tradičními cestami nevyrobitelné – například duté kosti pro implantáty nebo optimalizované raketové motory.
Z malého černého kelímku Chucka Hulla se za čtyřicet let vyvinul obor, který dnes tiskne domy z betonu, jídlo pro astronauty a v laboratorních podmínkách i funkční živé tkáně. Historie 3D tisku je důkazem, že i ty největší revoluce začínají u jednoho malého, trpělivě vytištěného prototypu v tiché noční laboratoři.
