Váza, stolička, nebo monument připomínající brněnský orloj. I takové výrobky už pomocí 3D tisku vyrobili vědci z Fakulty strojního inženýrství VUT. Tisknou je z polymerního betonu, do kterého kromě plniva přidávají termoplasty, které by jinak skončily na skládce či ve spalovně. Nyní dokončili vývoj experimentálního zařízení pro 3D tisk pomocí robotu. Na projektu spolupracovala i tuzemská společnost VIA ALTA a.s., která má zájem technologii využít v praxi.
„Naše směsi tvoří recyklované termoplasty a plnivo, nejčastěji písek nebo drcené odpadní sklo. Používáme směsi s velkou frakcí, jsou v nich až 4 milimetry velká zrnka. To je pro obyčejný 3D tisk problém, protože běžné průmyslové extrudéry neumí takovou směs zpracovat,“ vysvětlil vedoucí výzkumného týmu David Škaroupka z Ústavu konstruování Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně.
V rámci společného projektu s třebíčskou firmou VIA ALTA proto vědci vyvinuli speciální tiskovou hlavu, která si se směsí umí poradit a umožňuje výrobu z polymerního betonu pomocí 3D tisku. Tiskovou hlavu lze umístit jak na 3D tiskárnu, tak i na robota, kterého se rozhodli využít právě brněnští výzkumníci. Robot umožňuje naklonění tiskové hlavy, čímž je dosaženo lepšího spojení vrstev. Dále je tak možné vytisknout lépe i složitější tvary, které by na klasické 3D tiskárně vyžadovaly podpůrnou strukturu.
Neméně zajímavý je i materiál samotný. Výhodou polymerního betonu je to, že lze při jeho výrobě využít odpadní termoplasty. „My používáme polypropylen. Jde o odpad především z automobilového průmyslu. Je to čistá, kvalitní, i když odpadní surovina. Zkoušeli jsme pracovat i s PET lahvemi, ale tam nám vznikaly technické problémy při zpracování, proto jsme raději zvolili polypropylen,“ dodal Škaroupka s tím, že termoplasty tvoří necelou polovinu směsi, druhou polovinu tvoří zmíněné plnivo v podobě skla či písku.
Polymerní beton má oproti klasické betonové směsi na bázi cementu i další výhody. „Poměrně rychle ztuhne a jeho mechanické vlastnosti předčí běžný beton,” uvedl Škaroupka. Výsledný produkt je voděodolný a houževnatý, výzkumníkům se proto zdá vhodný třeba na venkovní mobiliář. Letos získali spolu s firmou další projekt, v němž se budou snažit zvýšit kvalitu a stabilitu výroby a vylepšit tiskovou hlavu, která zatím nemá například automatizované plnění. Vzniknout by měly i další prototypy výrobků. „Nabídli jsme radnici v Třebíči a Jihlavě, že bychom u nich mobiliář na zkoušku umístili. Předběžně máme přislíbeno, že obě města mají zájem,“ řekl Škaroupka.
Pohled z praxe
Firma VIA ALTA byla u vývoje tiskové hlavy od samého počátku. Zabývá se recyklačními přístupy a cirkulární ekonomikou, do společného projektu vnesli odborníci z firmy třeba know-how týkající se materiálu, s nímž neměli vědci z VUT vlastní zkušenosti.
“Naší motivací ve spolupráci s týmem z VUT byl především společný zájem vyvinout novou technologii, která je schopna nakládat s odpadními materiály a úspěšně konkurovat materiálům konvenčním. V současné době je na trhu stále velmi málo technologií, které jsou konkurenceschopné. Při současném trendu navyšování kapacit a kvality třídění plastového odpadu vzniká zajímavý tržní potenciál pro technologie schopné druhotného využití surovin,” vysvětlil ředitel společnosti VIA ALTA Jakub John.
Prověřit možné využití tohoto materiálu v aditivní technologii se firma rozhodla na základě předchozího zkoumání vlastností kompozitů polymerního betonu. “Zároveň hodnotíme aditivní technologie jako velmi dynamicky se rozvíjející odvětví strojírenství, kde využití polymerního betonu přináší nové možnosti velkoformátového tisku. To je možné zejména díky příznivým cenám a vlastnostem samotného tiskového materiálu za použití odpadního termoplastu,” uzavřel John.