Hoci sa počiatky technológie trojrozmernej tlače datujú do prvej polovice 80. rokov 20. storočia, pre širokú verejnosť sa táto technológia stala známou až v posledných rokoch, kedy došlo k urýchleniu jej rozvoja. Samotná 3D tlač sa dá zjednodušene charakterizovať ako postupné nanášanie materiálu po vrstvách, takže výsledný produkt je množstvo dvojrozmerných „obrázkov“ naskladaných na sebe, pričom jednotlivé vrstvy držia pokope. Takýto princíp vytvárania trojrozmerných objektov ponúka širokú paletu rôznych tvarov, ktoré by za iných okolností boli len ťažko zhotoviteľné. Donedávna bola technológia 3D tlače schopná vytvárať objekty len z úzkej triedy materiálov, najmä plastov. Vďaka technologickému pokroku je dnes možné nanášať vrstvy a vytvárať trojrozmerné objekty zo širokej škály materiálov, vrátane kovov, keramiky, ale aj heterogénnych materiálov, ako je napríklad mesačný prach, k čomu sa dostaneme o chvíľu. 3D tlač už preto našla svoje uplatnenie napríklad v medicíne, kde je možné vytlačiť implantáty kostí a kĺbov, či v automobilovom priemysle k zhotoveniu rôznych menších kovových dielov. Zaujímavou a veľmi hmatateľnou aplikáciou sa môže stať využitie tejto technológie v stavebníctve, pričom prvé demonštrácie jedno- či viacpodlažných budov postavených 3D tlačou za rekordne krátky čas, boli predstavené v rôznych častiach sveta.
A ako môže táto ešte stále veľmi mladá technológia posunúť hranice v prieskume vesmíru? Predstavme si, že by sme chceli postaviť mesačnú základňu. Pri využití dnes dostupných technológií, by sme museli dopraviť materiál k výstavbe mesačnej základne, čo by vyžadovalo vyslať na mesiac desiatky, ak nie stovky nákladných kozmických lodí pomocou veľkých nosných rakiet. Následne by bolo potrebné vyslať posádku astronautov, ktorá by zabezpečila práce pri výstavbe. Takýto scenár predstavuje obrovské finančné náklady, ale tiež značné bezpečnostné riziko najmä pre astronautov. Ak by sme ale zobrali do úvahy potenciálne možnosti 3D tlače, potom by takáto misia mohla vyzerať úplne inak. Ako už bolo spomenuté, tlačiť trojrozmerné objekty sa dá aj z mesačného prachu. V takom prípade by stačilo vyslať na mesiac robotické zariadenie schopné vybudovať mesačnú základňu bez posádky, za využitia dostupného materiálu na povrchu Mesiaca, podobne ako je už dnes možné stavať budovy na Zemi.Takýto sen má Európska vesmírna agentúra (ESA) a na demonštrovanie, že je to naozaj uskutočniteľné, inžinieri z tejto agentúry spoločne v spolupráci s priemyslom, zhotovili niekoľko konštrukčných prvkov z mesačného prachu v reálnej veľkosti použiteľnej pri výstavbe. Podobne by sa dalo postupovať aj pri výstavbe základne na Marse.
Pri výstavbe vesmírnych základní, ale potenciálne využitie nekončí. Veľmi dôležitým aspektom pri vysielaní vesmírnych satelitov, sond a lodí, či už s posádkou, alebo bez nej jeich hmotnosť. A práve 3D tlač umožňuje vďaka koncepčne odlišnému prístupu pri výrobe jednotlivých súčastí znížiť celkovú hmotnosť konštrukcie. Pri konvenčných metódach zhotovovania dielov sa z väčšieho kusu materiálu postupne odrezáva, lisuje, ohýba a obrába do finálnej podoby. Pri 3D tlači sa postupuje takpovediac „zdola“. Nie je napríklad problém vytvoriť kompletne dutú štruktúru, či navrhnúť ľahšiu konštrukciu, čo by za využitia iných metód bolo nemožné, alebo prinajmenšom nákladné. Ďalšou výhodou 3D tlače je možnosť vytvárať veľmi komplexné tvary bez nutnosti zvárania alebo montovania jednotlivých častí pomocou spojovacích materiálov, teda opät úspora hmotnosti, ale aj zvýšenie spoľahlivosti, nakoľko každý spoj môže predstavovať slabý článok v konštrukcii.
V dnešnej dobe sa pri rôznych vesmírnych misiách musí počítať s tým, že keď je už sonda vypustená, jej životnosť je daná životnosťou najslabšieho článku, pričom akékoľvek opravy sú vylúčené. Opravy satelitov na obežnej dráhe sú nesmierne nákladné a riešenie menších porúch na Medzinárnodnej vesmírnej stanici ISS spôsobené zlyhaním nejakej súčiastky si vyžadujú nákladnú dopravu náhradných dielov pomocou nosných rakiet. Mnohé tieto problémy by mohli byť vyriešené pomocou 3D tlačiarní. V prípade porúch v ďalekom vesmíre, by sonda mohla vytlačiť súčiastku, ktorá zlyhala a nahradiť ju. Astronautom na ISS by zase bolo možné doslovne odmailovať potrebné súčiastky, ktoré by si potom pomocou 3D tlačiarne mohli priamo vytlačiť.
Ďalším veľmi zaujímavým a revolučným využitím 3D tlače sa môže stať výroba malých satelitov priamo na obežnej dráhe na ISS. Samotný satelit by takto stačilo vyrobiť v značne zmenšenej verzii, pretože by bol vypustený zo samotnej vesmírnej stanice. V takom prípade odpadá nutnosť dizajnovať satelit k tomu aby prežil z pohľadu mechanického namáhania veľmi náročný štart v útrobách nosnej rakety. V podmienkach beztiaže je väčšina prvkov, ktoré mechanicky vystužujú satelit nepotrebná.
Na záver treba dodať, že nič nie je zadarmo a to platí aj v prípade 3D tlače. Materiál, ktorý je pripravený touto technológiou nie je vždy bezchybný. Veľmi častým sprievodným javom je výskyt nežiaducich mikroskopických pórov a dutiniek, pričom ich počet a veľkosť ovplyvňuje celá rada procesných parametrov počas 3D tlače. Ďalším nedostatkom je kvalita povrchu materiálu, ktorá si často vyžaduje naviac opracovanie pred použitím. Pokračovanie rozvoja tejto technológie s veľkým potenciálom pre vesmírne účely si bude vyžadovať investície do výskumu, ale aj širšiu spoluprácu medzi krajinami a výskumnými centrami pri zavádzaní nových noriem, ktoré by mali zaručiť kvalitu materiálov a produktov pripravených pomocou 3D tlačiarní.
Václav Pejchal
Doktorand na EPFL, Švajčiarsko
Zdroje
http://www.bbc.com/news/technology-16907104
http://www.businessinsider.com/koenigsegg-one1-comes-with-3d-printed-parts-2014-2?IR=T
http://www.zive.sk/clanok/101780/fotky-cinania-vytlacili-patposchodovy-dom-a-vystavne-sidlo