Technologie 3D tisku zažila za poslední desetiletí obrovský rozmach - od plastových prototypů až po kompletní strojní díly. Přesto narážela na zásadní problém: Většina metod neumí efektivně tisknout pevné a kompaktní kovy. Ty buď zůstávají pórovité, nebo se při tavení deformují.

Tým z EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) vedený vědcem Darylem Yee nyní představil řešení, které tento limit obchází. Místo snahy tisknout samotný kov využívají výchozí strukturu z hydrogellu - látky tvořené převážně vodou, podobné měkkému želé.

Jak to funguje: z gelu roste kov

Proces začíná klasickým 3D tiskem vodního gelu, do kterého vědci následně opakovaně napouštějí roztoky kovových solí. Ty se v gelu chemicky přetvářejí na nanometalické částice. Po několika těchto „růstových cyklech“ se gel zahřeje - a zbylá organická hmota zmizí.

Zdroj: Shutterstock

Zůstane jen hustá kovová síť, která přesně kopíruje původní tvar gelu, ale má nesrovnatelně vyšší pevnost i hustotu. Na rozdíl od tradičních metod zde téměř nedochází ke smrštění či deformacím, což byl dosud hlavní problém kovového 3D tisku.

„Naše metoda umožňuje vyrobit vysoce kvalitní kovy i keramiku levně a snadno, a hlavně s možností zvolit materiál až po tisku,“ vysvětluje Daryl Yee z laboratoře ALCHEMY při EPFL.

Pevnější než kdy dřív

K ověření výsledků tým vytiskl složité 3D struktury nazývané gyroidy - matematicky křivolaké tvary připomínající síť dutin. Vzorky ze železa, mědi a stříbra následně testovali na univerzálním přístroji pro měření tlaku.

Výsledek překvapil i samy výzkumníky: Nově vytištěné kovy vydržely až 20× vyšší tlak než materiály vyráběné dřívějšími metodami. Zároveň se při zahřívání smrskly pouze o 20 %, zatímco běžné postupy vedou ke ztrátám až 90 %.

Obrovský potenciál v energetice i lékařství

Takto pevné, ale zároveň lehké materiály mají široké využití. Mohou posloužit při výrobě senzorů, biomedicínských implantátů, baterií či katalyzátorů, které přeměňují chemickou energii na elektřinu.

Zvláštní naděje se vkládá do energetických systémů, kde je potřeba vysoká povrchová plocha kovů a odolnost proti teplotním změnám. Nový způsob tisku umožňuje vytvářet složité vnitřní kanály, které by tradiční obrábění nikdy nezvládlo.

Od laboratoře k průmyslu

Nevýhodou metody zatím zůstává časová náročnost. Každý „cyklus růstu“ trvá několik hodin, a je potřeba jich pět až deset. Výzkumníci ale už pracují na automatizaci - jednotlivé kroky má v budoucnu obstarávat robotický systém, který proces výrazně zrychlí.

„Chceme, aby se technologie dala použít i v průmyslové výrobě,“ dodává Yee. „Naším cílem je nejen zvýšit hustotu kovu, ale i zkrátit celkový čas tisku bez ztráty kvality.“