Článek
V úvodní videoreportáži se můžete podívat na 3D tisk z nově vyvinutého českého materiálu, který by mohl umožnit levnější a rychlejší výrobu součástek i celých konstrukcí pro satelity v kosmu a další výzkumná zařízení nebo i náročné průmyslové aplikace.
Filament nese označení Prusament PC Space Grade Black a stojí za ním globální lídr v 3D tisku – společnost Prusa Research z Prahy. Materiál vznikl ve spolupráci s vesmírnou firmou TRL Space z Brna, a přestože to není první vesmírný filament, svou konkurenci poráží rovnou na dvou důležitých frontách.
„Na trhu už existují určité filamenty, které jsou na bázi jako PEEK, PAEK a podobně, které jsou určeny i pro vesmírný průmysl, nicméně ten rozdíl je v tom, že tyto drahé materiály se nedají tisknout na dostupných stolních 3D tiskárnách. Je možné je tisknout pouze na drahých industriálních tiskárnách, jejichž cena se pohybuje ve stovkách tisíc až milionech korun,“ vysvětluje pro SZ Tech vývojář filamentů David Šorm z Prusa Research.
Levnější a rychlejší výroba i nezávislost
Rozdíl mezi průmyslovými a stolními tiskárnami je ten, že průmyslové tiskárny používají vyhřívanou komoru a jejich trysky dosahují teploty až 500 stupňů, zatímco u stolních tiskáren je to 290 stupňů a 120 stupňů Celsia na tiskové podložce.
Informace a záběry si můžete poslechnout i prohlédnout v úvodní videoreportáži.
A levněji vyjde i samotný nový český vesmírný filament, který stojí šest tisíc korun za 850 gramů, zatímco materiály na bázi PEEK, PAEK a podobně stojí podle Šorma zhruba deset tisíc korun za půl kila. „Viděl jsem i ceny tisíc dolarů za kilovou cívku a podobně,“ dodává Šorm.
Právě snadná výroba na běžné stolní tiskárně bez nutnosti speciálního vybavení by mohla výrazně zjednodušit vývoj nových dílů, a to jak pro satelitní mise v kosmu nebo laboratoře částicové fyziky a další výzkumná zařízení i v pozemních aplikacích.
Podle zástupců obou českých firem si výrobci a výzkumníci mohou sami potřebnou součástku navrhnout a vytisknout ve své laboratoři nebo firmě v řádu několika hodin, a nemusí tak být závislí na externích dodavatelích, čekat na doručení nebo platit za výrobu na zakázku. To podle nich může celý inovační cyklus od prvního nápadu až po funkční prototyp nebo finální díl nejen zlevnit, ale i urychlit.
„Aditivní výroba má v kosmickém průmyslu obrovský potenciál. Umožňuje rychlejší vývoj, prototypování i výrobu strukturálních dílů, a to za zlomek ceny běžných řešení. Co ale dlouho chybělo, byl spolehlivý, dostupný a snadno tisknutelný materiál s vhodnými vlastnostmi pro použití ve vesmíru,“ uvedl Petr Kapoun, CEO firmy TRL Space, která sama plánuje nový materiál využívat. Letos do vesmíru poslala největší český satelit a ve spolupráci s dalšími českými firmami plánuje vyrobit i družici, která má například pomoci i s lepší obranou Ukrajiny.
„Naposledy, když jsme představovali takhle pokročilý filament, a to na radiační zatížení, tak jej začali objednávat laboratoře s částicovými urychlovači nebo vesmírné firmy jako SpaceX. A tento materiál má ještě větší záběr, takže očekávám, že množství (objednávek) bude opravdu velké. Nás baví technologii 3D tisku dál posouvat a vlastně demokratizovat, protože tyto materiály za takové ceny nikdy na trhu nebyly dostupné,“ dodává pro v úvodní videoreportáži také Josef Průša, zakladatel celé firmy.
Jaké požadavky tedy musí nový český filament pro stolní 3D tiskárny splňovat, aby se daly výrobky z něj v kosmu používat?
Přísné nároky a testování
Klíčová je přesnost, kterou lze dodržet i při tisku větších objektů o velikosti 20 × 20 centimetrů, takže se hodí i na konstrukce pro malé satelity – takzvané CubeSaty. Důležitá je samozřejmě i odolnost a také to, aby byl elektrostaticky disipativní (ESD safe), tedy že bezpečně odvede náboj v případech, kdy přichází do kontaktu s elektronikou.
Materiál musí ale ustát i vakuum. Právě takzvané odplyňování, tedy uvolňování mikroskopických zbytků látek, co se z materiálu ve vakuu vypařují, je přitom jednou z největších výzev při využití plastových materiálů v kosmu. Takové výpary mohou znečistit optické přístroje, narušit měření a také poškodit elektroniku.
Prusament PC Space Grade Black však podle laboratorních testů vykazoval pouze minimální ztrátu hmotnosti a v množství kondenzovaných výparů pak dosáhl nulové hodnoty, čehož běžné a cenově dostupné plasty nenabízí.
„My jsme na vývoj tohohle materiálu zvolili naprosto nekonvenční způsoby přípravy už toho samotného surového granulátu na výrobu filamentu. Jak název napovídá, tak filament je založen na bázi polykarbonátu specificky vybraného pro tento projekt. Bližší detaily ohledně složení ale nemohu sdělit, jelikož právě probíhá žádost o patentovou přihlášku,“ dodává Šorm.
Prusa Research a TRL Space materiál vyvíjely tři roky a v současnosti pracují na tom, aby splnil nejpřísnější standardy nezbytné pro výrobu nosných konstrukcí družic typu CubeSat.
„Aktuálně je už filament možné používat na tisk sekundárních a terciárních struktur, což jsou pomocné držáky na CubeSatech nebo satelitech, obecně pak držáky kamer, kabelů nebo krytky,“ doplňuje vývojář filamentů.
V plánu jsou ale ještě další testy jako měření odolnosti vůči radiaci, které proběhne v laboratořích CERN, anebo zkoušky při opakovaném zahřívání a ochlazování, a to za podmínek simulujících vesmír, které provede Evropská kosmická agentura (ESA). Právě extrémní výkyvy teplot a radiace jsou běžnou zátěží, které musejí komponenty satelitů a dalších zařízení v kosmu odolávat.
„V tuto chvíli máme změřeny a prošli jsme zkouškami na základní mechanické odolnosti, kdy výtisky z toho filamentu dosahují dostatečných tahových vlastností, mají dostatečnou tepelnou odolnost, ale je potřeba ještě doměřit teplotní cyklování, stabilitu proti radiaci a stabilitu proti UV. Očekáváme, že filament tyto vlastnosti bude splňovat,“ uzavírá videoreportáž David Šorm.
