Doktor inżynier Artur Szmidt mówi o sobie, że jest majsterkowiczem. Nie na cały etat, bo na to nie pozwala mu praca na Politechnice Świętokrzyskiej – ale lubiącym przy czymś od czasu do czasu podłubać. Taki pracownik to dla uczelni skarb, bo pasją tworzenia potrafi natchnąć studentów. Tworzy się koło naukowe i ludzie siedzą po godzinach w uczelnianym warsztacie, skręcając oraz rozkręcając różne rzeczy. To właśnie podczas takich zajęć Szmidt razem ze swoimi studentami Szymonem Kowalskim i Krzysztofem Sokołowskim udoskonalił konstrukcję drukarki 3D.

Szmidt na PŚ prowadzi wykłady z prototypowania nowych wyrobów. Inżynierowie muszą znać ten arcyważny etap w powstawaniu każdego przedmiotu – bo prościej (i taniej) wyłapać błędy konstrukcyjne na etapie modelu niż wycofywać z rynku gotowy już produkt. Tak się składa, że do prototypowania idealnie nadają się drukarki 3D, bo można za ich pomocą wytworzyć praktycznie każdy kształt. Z tego też względu uczelnia za pieniądze z Brukseli zakupiła trzy drukarki 3D. Studenci rzucili się do druku. – Szybko się okazało, że wydruki nie zawsze się udawały. Z powodu słabości konstrukcyjnych urządzeń – tłumaczy Szmidt. A ponieważ jako majsterkowicz nie mógł tak po prostu zostawić sprawy niedoskonałych wydruków, razem ze swoim (byłym już) studentem Szymonem Kowalskim rozebrali urządzenie, by zidentyfikować przyczynę i znaleźć ewentualne rozwiązanie.

>>> Zobacz też: Niezwykła technologia. Zobacz, co można stworzyć z pomocą drukarki 3D

Większość drukarek 3D wygląda jak skrzynki bez ścianek. Rozmiar urządzenia determinuje, jak duże przedmioty będziemy mogli wytwarzać (drukować) w jej wnętrzu. Najtańsze modele potrafią wytwarzać niewielkie przedmioty. Urządzenia przemysłowe mogą zająć nawet sporą część pokoju. Wszystko zależy od tego, do czego służyć ma drukarka.

Niedrogie modele drukują przedmioty z tworzyw termoplastycznych. Jest to specjalna kategoria tworzyw sztucznych, które można formować pod wpływem temperatury. Na tym polega magia druku 3D – głowica podgrzewa podawany do niej plastik, a następnie nakłada go warstwa po warstwie na wytwarzany przedmiot. Samo tworzywo może mieć różne formy, np. granulatu albo włókien. Takie włókno naciągnięte na belę wkłada się do głowicy, która automatycznie będzie je sobie później sama wciągać.

Kluczowym elementem każdej drukarki jest głowica oraz zespół mechanizmów, dzięki którym może się ona poruszać. O ile w zwykłej drukarce wystarczy, jeśli element będzie się poruszał w lewo i prawo, o tyle tutaj potrzebuje swobody ruchu w trzech wymiarach. Dlatego głowica podłączona jest do gumowych pasów przewijanych za pomocą małych silniczków elektrycznych. Silniczek poprzez pasek przesuwa głowicę. – W tym rozwiązaniu kryje się pewna wada, bo głowica ma swój ciężar. A ciężar to bezwładność. Zdarzało się więc, że na skutek siły bezwładności głowica przesuwała się odrobinę za daleko. To oznaczało, że drukuje w niewłaściwym miejscu – i wydruk był do śmieci – tłumaczy Szmidt.

Rozwiązania były dwa. Bardziej skomplikowane: majstrować przy mechanizmie poruszania głowicą, aby kompensował jej bezwładność. To by jednak oznaczało konieczność instalacji czujników, poprawki do oprogramowania sterującego pracą drukarki i masę innych czynności. Rozwiązanie prostsze? Zmniejszyć ciężar głowicy. W języku inżynierów: uprościć konstrukcję. – W naszych drukarkach 3D tworzywo termoplastyczne podawane jest w postaci żyłki. To wyzwanie dla konstruktorów, bo muszą zaprojektować głowicę w taki sposób, aby zapewnić dokładne podawanie żyłki. W związku z tym zanim żyłka zamieni się w wydruk, jest przepychana przez specjalną śrubę, która dodatkowo wgniata bruzdy na jej powierzchni. Potem jeszcze trzeba ją docisnąć za pomocą łożyska. Zastąpiliśmy te dwa elementy jednym: wydrążonym i nagwintowanym wałem silnika. Dzięki temu wprowadzona żyłka z nagwintowaną linią nie ślizga się i materiał jest podawany z większą dokładnością – mówi Szmidt. W efekcie powstało rozwiązanie, które znacząco zmniejsza masę głowicy, redukując w ten sposób ryzyko powstania opisanych przed chwilą problemów.

>>> Zobacz też: Rewolucja w budownictwie? Drukarka 3D zbuduje dom w 24 godziny

Stoimy na korytarzu Politechniki Świętokrzyskiej. Za oknem widać dziwną, przedzieloną na pół piramidę. Studenci przechodzą między połówkami struktury w drodze na uczelnię. Bryła ma emanować twórczą energią i zarażać nią żaków przed wizytą na uczelni. Być może to działa, bo Szmidt nie może się nachwalić grupy, która uczęszcza do niego na koło. – Moglibyśmy firmę razem założyć – mówi. Pozytywnie doładowani studenci będą teraz po godzinach budować własną drukarkę, która wykorzysta wynalazek Szmidta i Kowalskiego. Inżynierowi marzy się, aby któregoś dnia na uczelnię trafiła drukarka 3D za kilka milionów. – Takie potrafią drukować metalami – rozmarza się.

Po czym dodaje, że często wpada na pomysły, na realizację których nie ma potem czasu. – Denerwował mnie na przykład fakt, że okien nie można za pomocą rączki ustawić w taki sposób, żeby były lekko uchylone. To wymyśliłem, jak to zrobić. Bardzo proste rozwiązanie – mówi. – Złożył pan wniosek o patent? – pytam. – Eee, nie miałem czasu się do tego zabrać. ⒸⓅ

Eureka! DGP

Trwa czwarta edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 16 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 68 nadesłanych przez uczelnie i instytuty.

Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.