úterý 18. prosinec 2018   |   O nás   |   RSS   |   Mapa stránek   |   Přihlásit se   |   Kontakt
Úvod > Rubriky > Věda a výzkum > 3D tisk skla má velký potenciál. Tak ať nám s ním neujede vlak

3D tisk skla má velký potenciál. Tak ať nám s ním neujede vlak

Vlastimil Hotař.JPG
Čiré sklo bez bublinek. To je pro 3D tisk stále oříšek

ROZHOVOR. S Vlastimilem Hotařem z katedry sklářských strojů a robotiky jsme hovořili o nejmodernějších trendech ve výrobě skla u příležitosti mezinárodní konference Sklářské stroje.

Konference se na naší fakultě strojní letos konala již po patnácté, tradičně ji pořádala Česká sklářská společnost společně s Technickou univerzitou v Liberci. Velkým tématem bylo využití 3D tisku v produkci skla. Svůj příspěvek o 3D tisku měl také Vlastimil Hotař, kterému jsme položili několik otázek.

Můžeme na úvod podat přehled o tom, jaké jsou dnes technologie 3D tisku skla?

Hovoří se zatím o čtyřech. Je to technologie sintrování, kdy laserem spékáme drobné částice skla na bázi oxidu křemičitého, které mohou být až v nanorozměrech. Výrobek tak získáte postupným spékáním vrstvičky na vrstvičku.

S principem vrstev pracují i další dvě známé technologie 3D tisku skla. Při té první skleněné nanočástice rozptýlíme v polymeru, takový roztok pak rozlijeme na destičce, laserem nebo jiným zářením ho osvětlíme a vytvrdíme tenkou vrstvičku. Destička zajede o úroveň níž, zase se zalije roztokem polymeru a vytvrdíte další vrstvu. Výsledkem je kompozit polymeru a skla. Pokud chcete čistě sklo, musíte se nejprve zbavit polymeru a ve druhé fázi musíte sklo stavit dohromady při nějakých 1300 °C.

Další metoda 3D tisku spočívá v tom, že „nalepujete“ už hotové tenké vrstvičky jednu na druhou.

A asi nejznámější způsob 3D tisku skla se děje výtokem skleněné taveniny ve tvaru jakéhosi hada, kterého řízeně směrujete do výsledného tvaru opět po vrstvách. Tato technika se označuje pojmem Glass 3D Printing – G3DP.

Než se budeme bavit o přednostech těchto postupů, podívejme se na problémy a limity 3D tisku ve sklářské produkci.

Problémem je, že nedostaneme čiré sklo. Při spékání se mohou částice spojovat, ale zůstávají mezi nimi vzduchové bubliny a může docházet k přechodu ze skelné na krystalickou fázi. Výsledkem tedy není čiré sklo. A při tisku z polymeru i tisku volným výtokem nebo z filamentu nám také ve skle zůstávají bublinky. Ty nám někdy nevadí, jsou důkazem toho, že výrobek je opravdu vyrobený ze skla, a mohou být esteticky žádoucí, ale u skla vyráběného průmyslově by to vadilo. A určitě bublinky vadí tam, kde kladete důraz na optické vlastnosti skla.

U procesu volného výtoku taveniny je kromě bublinek problém i rychlost. To nevadí pro jednotlivosti, když chcete vyrobit pár kusů na zakázku, ale pro průmyslovou výrobu je rychlost vyžadována. Taveninu lze tlakovat, ale je to otázka dalšího výzkumu a velmi závisí na složení skelné taveniny a pak na nastavení tepelných parametrů, tak aby se sklovina po vytlačení neroztekla, a aby zas v trysce nezatuhla. Vypadá to jednoduše, ale je to složitý proces a je otázka několika měsíců, než takové zařízení zprovozníte.

Galerie

Jakou tedy přidanou hodnotu má 3D tisk pro sklářskou výrobu, pokud se podaří odladit jeho nedostatky?

U technologie pracující s polymerem, ale šlo by to i s volným výtokem či filamentem, můžete teoreticky kombinovat více materiálů nebo více složení skla. A v okamžiku, kdy můžete kombinovat více složení skla, může mít výsledný produkt proměnný index lomu. Pak lze získat třeba plochou čočku, ploché sklíčko, které plní funkce jako klasická čočka díky tomu, že bude mít uvnitř proměnný index lomu. V tom vidím velký potenciál 3D tisku.

3D tisk je obecně také silný tam, kde potřebujete dostat do výrobku vnitřní strukturu, která zlepšuje jeho mechanické vlastnosti, typicky třeba pevnost. Další dobrou oblastí využití 3D tisku jsou náhradní díly, kdy se nevyplatí předělávat celé výrobní zařízení kvůli jednomu dílu, je snazší ho jednorázově vytisknout na tiskárně.

Obecně jde o to netisknout věci, které můžeme vyrábět jinou technologií. Nemá smysl tisknout skleničku, tu v současné době levněji nevytiskneme. Měli bychom se soustředit na produkci výrobků, které budou využívat nových možností 3D tisku, právě třeba i v kombinaci s dalšími materiály.

Co jsme u nás na univerzitě schopní tisknout technologií 3D tisku?

Zařízení na tři z těch čtyř principů, které jsem jmenoval, tady na univerzitě máme. Tisk z filamentu, což je ekvivalent tisku volným výtokem skloviny, nebo tisk pomocí polymeru, který tuhne pod osvětlením nebo laserem, i technologii sintrace tady na univerzitě umíme. Ale jen pro plasty a kovy, ne pro sklo.

Je tu přitom velký potenciál pro aplikace a lze s nimi vytvořit zcela nové trhy. Třeba v oblasti designu. Umím si představit tištěnou bižuterii, která bude úplně jiná než ta, kterou dnes známe. A jistě se najde spousta lidí, kteří budou ochotni za takové výrobky zaplatit vyšší cenu.

Kde a s jakou technologií jsou ve světě nejdále?

V současné době neexistuje široké komerční nasazení 3D tisku v oblasti sklářské výroby. Jednotlivá zařízení sice existují, ale většinou bojují s odladěním výše zmíněných limitů, takže nejsou zatím tak široce používaná. Ale je to jen otázka času, který nastal právě teď.

Ve světě je mnoho institucí, které se myšlenkou 3D tisku ve sklářské výrobě zabývají. Některé své výsledky zveřejňují a víme o nich, ale spíš jednotlivá pracoviště vyjdou ven až s něčím konkrétním a jde tedy o čas. Pokud nechceme, aby nám ujel vlak, a čekat, až pojede další, musíme nastoupit teď. Je třeba na tom usilovně pracovat, abychom došli k nějakým patentům a byli první.

S technologií volného výtoku jsou světová vědecká pracoviště asi nejdále, některé výsledky jsou už ke zhlédnutí i ve videích na internetu, ale to by neměla být naše cesta, ta už bude pravděpodobně brzy vyřešena, včetně bublinek. Měli bychom se vydat ve výzkumu využití 3D tisku pro sklářskou produkci vlastní cestou, ne jenom kopírovat.

Děkuji za rozhovor.

Ing. Vlastimil Hotař, Ph.D. (*1973, Česká Lípa)
Absolvent Střední uměleckoprůmyslové školy sklářské Kamenický Šenov, Fakultu strojní TUL dokončil v roce 1996, poté přešel na druhou stranu katedry a působí jako pedagog a vědecko-výzkumný pracovník na naší katedře sklářských strojů a robotiky. Od roku 2017 je také místopředsedou Akademického senátu TUL. Pochází ze sklářského rodu. Jeho otec pracoval v n. p. Lustry v Kamenickém Šenově, jeden z jeho dědečků zde působil jako ředitel, druhý dědeček byl malířem skla, pradědečkové foukali a mačkali sklo. Bratr Adam Hotař působí na katedře materiálů FS TUL, kde se zabývá materiály využitelnými ve sklářské výrobě.
 

 

Radek Pirkl

Další články v rubrice

Diskutujte

Diskuse je otevřena pouze pro přihlášené. Přihlásit se
 
 
 
 
 
TUL
www.facebook.com/TUL.cz
www.youtube.com/user/TULiberec
T-intra
Český rozhlas sever

Stránky T-UNI vznikly za podpory projektu Copernic, reg. č. CZ.1.07/2.4.00/31.0059, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

ESF - Investice do vzdělání