České prvenství: V Ostravě byla vytištěna první 3D koloběžka na světě
Milovníků jízdy na koloběžkách přibývá. A tak není divu, že je řada lidí, kteří se právě tato dvoukolá vozítka snaží maximálně vylepšit. I na půdě Vysoké školy báňské – Technické univerzity v Ostravě se stala koloběžka centrem zájmu. Pod hlavičkou Centra aditivní výroby Protolab vznikala první taková, jejíž rám je vytištěný na 3D tiskárně. Jako vůbec první na světě.
Podařilo se to díky 3D tiskárně Renishaw AM400. Ta laserem taví jemný kovový prášek a model takto po vrstvách staví, takže bylo možné docílit jinak nevyrobitelných tvarů rámu.
Na 3D tištěném prototypu pracoval tým čtyř lidí. A to i přesto, že ani jeden z nich nebyl aktivním koloběžkářem. Vůbec proto netušili, jakou geometrii mají takové koloběžky. Rozvor kol, výška řídítek a další parametry pro ně byly jednou velkou neznámou. Vše se museli naučit a poznat.
„Při konstrukci jsme vycházeli z topologické optimalizace, což je výpočet, který vede materiál jen tam, kde přenáší nějaké zatížení. Výsledkem je organický tvar zdánlivě připomínající dutou kostru ptáků,“ řekl pro média konstruktér koloběžky a výpočtář topologické optimalizace Lukáš Jančar.
Proč právě koloběžka?
Česká čtveřice mladých vědců chtěla mít světové prvenství. A to koloběžka slibovala, protože nikdo ji, ani žádnou její část, dosud netiskl. Na 3D tisku konstrukcí motocyklů, jízdních kol nebo elektrokol už dříve někdo pracoval – například BMW s rámem motocyklu nebo Airbus s rámem elektrického motocyklu.
Nyní je tedy na světě jako český unikát. Má přitom srovnatelnou pevnost i jízdní vlastnosti jako koloběžka vyráběná tradičními metodami. Ostatně náboje, kola, řídítka a další části jsou naprosto běžné komponenty.
Odlišuje se pouze rám prototypu, který je přibližně o čtvrtinu lehčí než ten konvenční, sériově vyráběný. Váha rámu se pohybuje pod čtyřmi kilogramy. Navíc má koloběžka atraktivní, neotřelý a sportovní design, který poutá pozornost.
Jako kostra ptáků…
Při navrhování konstrukce byly uplatněny principy bioniky, oboru, který využívá poznatky ze studia živých organismů a jejich struktur pro vývoj nových technologií.
K jakému organismu by tedy výslednou konstrukci přirovnali tvůrci?
„Už jsem uvedl, že asi k ptákům. V posledních letech docházíme k tomu, že tvary, které najdeme v přírodě, jsou skutečně optimální z hlediska přenášeného zatížení a jsou prověřeny mnohatisíciletým vývojem. Výrobci letadel se také například inspirují stavbou a aerodynamikou těl ptáků,“ řekl dále mladý konstruktér Lukáš Jančar.
Jak tisk rámu probíhal?
Technologie se nazývá selective laser melting (SLM) a spočívá v nanášení kovového práškového substrátu, který je v jednotlivých vrstvách taven laserovým paprskem a spékán do tvaru tisknuté součásti. Konstrukce potřebuje systém opor, které se posléze odstraní a díly se pak ještě omílají.
Koloběžka se tiskla po částech. Její přední krk, zadní část a patky jsou z korozivzdorné oceli, ale třeba nášlap se tiskl z plastu. Jelikož přední část rámu byla hodně dlouhá, musela být kvůli nedostatečně velké komoře tiskárny rozdělena na čtyři díly. Ty se vhodně napolohovaly a tiskly na jednom substrátu. Poté se díly svářely. To je podle tvůrců dobrá zpráva, protože to ilustruje fakt, že nová technologie 3D tisku může být plně kompatibilní s konvenčními metodami výroby.
Samotný tisk
Návrh modelu trval zhruba čtyři měsíce, výroba, tisk, svařování, opracování, lepení a vesměs kompletace celé koloběžky další dva měsíce. Celkem to vše zabralo půl roku práce. Nicméně přihlédnout se musí k tomu, že nešlo o projekt, který by mladé vědce živil, takže se jednalo spíše o volnočasovou aktivitu.
Všechny části koloběžky trvalo vytisknout dohromady kolem 90 hodin tiskového času. Poté se ještě ohlazovaly pomocí rotujících keramických tělísek v omílačce, kde získaly celistvý povrch.
Sériová výroba tímto způsobem se nechystá
Právě časová náročnost je jedním z kritizovaných limitů 3D tisku, stejně jako vysoká nákladovost procesu výroby. Proto se nepředpokládá, že by se koloběžky nadále již vyráběly 3D tiskem.
Technologie 3D tisku však umožňuje pokročilou customizaci, při které lze vyrábět koloběžky přímo na míru jezdci, jeho výšce, váze a užití stroje. Pouze v takových případech přijde tato možnost vhod.
Výhodou 3D tisku je to, že se originálně staví každý díl a může být úplně jiný než ten předchozí. Přitom nedochází k zatěžování výroby a časovým prodlevám. Každý rám může být unikátní – větší, menší, někde natažený, jinde zesílený. Když je někdo vysoký, ocení vyšší řídítka, u podsaditějších jezdců se zase zesílí trubky rámu tak, aby byla koloběžka tužší. (Dále čtěte: Dvanáct technologií, které do šestnácti let zásadně ovlivní svět).
