Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava
Fakulta bezpečnostního inženýrství
Katedra bezpečnostních služeb
Analýza zneužití 3D tiskárny k výrobě krátké střelné zbraně
Student: Anthony Benedikt
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Stanislav Lichorobiec, Ph.D.
Studijní obor: Technická bezpečnost osob a majetku
Termín odevzdání bakalářské práce: 14. 4. 2017
P R O H L Á Š E N Í Prohlašuji, že
• jsem byl/a seznámen/a s tím, že na moji bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb.
O právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) ve znění pozdějších právních předpisů;
• beru na vědomí, že odevzdáním bakalářské práce souhlasím se zveřejněním své práce podle zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších právních předpisů, bez ohledu na výsledek obhajoby 1);
• beru na vědomí, že bakalářská práce bude uložena v elektronické podobě v univerzitním informačním systému Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava (dále jen VŠB – TUO), dostupná k prezenčnímu nahlédnutí;
• beru na vědomí, že VŠB – TUO má právo nevýdělečně ke své vnitřní potřebě bakalářskou práci užít v souladu s § 35 odst. 3 2);
• beru na vědomí, že podle § 60 3) odst. 1 autorského zákona má právo VŠB – TUO na uzavření licenční smlouvy o užití školního díla v rozsahu § 12 odst. 4 autorského zákona;
• beru na vědomí, že podle § 60 3) odst. 2 a 3 mohu užít své dílo – bakalářskou práci nebo poskytnout licenci k jejímu využití jen s předchozím písemným souhlasem VŠB – TUO, která je oprávněna v takovém případě ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, které byly VŠB – TUO na vytvoření díla vynaloženy (až do jejich skutečné výše);
• beru na vědomí, že pokud bylo k vypracování bakalářské práce využito softwaru poskytnutého VŠB – TUO nebo jinými subjekty pouze ke studijním a výzkumným účelům (tedy pouze k nekomerčnímu využití), nelze výsledky bakalářské práce využít ke komerčním účelům;
• beru na vědomí, že pokud je výstupem bakalářské práce jakýkoliv softwarový produkt, považují se za součást práce rovněž i zdrojové kódy, popř. soubory, ze kterých se projekt skládá.
Neodevzdání této součásti může být důvodem k neobhájení práce.
Jméno, příjmení Anthony Benedikt
Adresa Velká Polom, Plesenská 210, 747 64
Dne: Podpis:
__________________________
1) zákon č. 111/1998 Sb. o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších právních předpisů, § 47 Zveřejňování závěrečných prací:
(1) Vysoká škola nevýdělečně zveřejňuje disertační, diplomové, bakalářské a rigorózní práce, u kterých proběhla obhajoba, včetně posudků oponentů a výsledku obhajoby prostřednictvím databáze kvalifikačních prací, kterou spravuje. Způsob zveřejnění stanoví vnitřní předpis vysoké školy.
(2) Disertační, diplomové, bakalářské a rigorózní práce odevzdané uchazečem k obhajobě musí být též nejméně pět pracovních dnů před konáním obhajoby zveřejněny k nahlížení veřejnosti v místě určeném vnitřním předpisem vysoké školy nebo není-li tak určeno, v místě pracoviště vysoké školy, kde se má konat obhajoba práce. Každý si může ze zveřejněné práce pořizovat na své náklady výpisy, opisy nebo rozmnoženiny.
(3) Platí, že odevzdáním práce autor souhlasí se zveřejněním své práce podle tohoto zákona, bez ohledu na výsledek obhajoby.
2) zákon č. 121/2000 Sb. o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) ve znění pozdějších právních předpisů, § 35 odst. 3:
(3) Do práva autorského také nezasahuje škola nebo školské či vzdělávací zařízení, užije-li nikoli za účelem přímého nebo nepřímého hospodářského nebo obchodního prospěchu k výuce nebo k vlastní potřebě dílo vytvořené žákem nebo studentem ke splnění školních nebo studijních povinností vyplývajících z jeho právního vztahu ke škole nebo školskému či vzdělávacího zařízení (školní dílo).
3) zákon č. 121/2000 Sb. o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) ve znění pozdějších právních předpisů, § 60 Školní dílo:
(1) Škola nebo školské či vzdělávací zařízení mají za obvyklých podmínek právo na uzavření licenční smlouvy o užití školního díla (§ 35 odst. 3). Odpírá-li autor takového díla udělit svolení bez vážného důvodu, mohou se tyto osoby domáhat nahrazení chybějícího projevu jeho vůle u soudu. Ustanovení § 35 odst. 3 zůstává nedotčeno.
(2) Není-li sjednáno jinak, může autor školního díla své dílo užít či poskytnout jinému licenci, není-li to v rozporu s oprávněnými zájmy školy nebo školského či vzdělávacího zařízení.
(3) Škola nebo školské či vzdělávací zařízení jsou oprávněny požadovat, aby jim autor školního díla z výdělku jím dosaženého v souvislosti s užitím díla či poskytnutím licence podle odstavce 2 přiměřeně přispěl na úhradu nákladů, které na vytvoření díla vynaložily, a to podle okolností až do jejich skutečné výše; přitom se přihlédne k výši výdělku dosaženého školou nebo školským či vzdělávacím zařízením z užití školního díla podle odstavce 1.
Místopřísežně prohlašuji, že jsem celou bakalářskou práci vypracoval samostatně a s použitím uvedených zdrojů.
V Ostravě dne
Anthony Benedikt
Poděkování:
Poděkování věnuji svému vedoucímu práce panu Ing. Stanislavu Lichorobiecovi, Ph.D. za odborné vedení práce, za vstřícnost, za asistenci u balistické zkoušky a za poskytnuté rady.
Dále děkuji panu Ondřeji Camfrlovi za poskytnutí tiskařských služeb při tvorbě zbraně a za vstřícnost.
Anotace
BENEDIKT, Anthony. Analýza zneužití 3D tiskárny k výrobě krátké střelné zbraně.
Bakalářská práce. Ostrava: VŠB – Technická univerzita Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra bezpečnostních služeb, 2017, 51 stran včetně přílohy. Vedoucí práce:
Ing. Stanislav Lichorobiec, Ph.D.
Bakalářská práce zkoumá, zdali je možno využít technologie 3D tisku z umělohmotných materiálů k výrobě krátké střelné zbraně. Cílem práce je pokusit se takovou zbraň vytvořit, posoudit technickou, finanční a časovou náročnost výroby a poté zbraň podrobit praktické balistické zkoušce. Pokud se prokáže zbraň jako střelbyschopná, bude provedena analýza rychlosti střely a ranivosti. Poté bude zpracována analýza rizik pomocí vybrané analytické metody, která vynese nebezpečí vyplývající z náročnosti výroby této zbraně, z možnost propašování zbraně přes detekční rámy do chráněných prostorů a z možné absence balistických stop na vystřelené střele a nábojnici. Nakonec budou navržena některá opatření pro ochranu před zneužitím této zbraně.
Klíčová slova: 3D tisk, ohrožení osob, pistole, střelná zbraň, zakázaná zbraň, zneužití
Summary
BENEDIKT, Anthony. Analysis of 3D printer abuse for manufacturing short firearms.
Bachelor Thesis. Ostrava: VŠB – Technical University of Ostrava, Faculty of safety engineering, Department of security services, 2017, 51 pages including attachment. Thesis supervisor: Ing. Stanislav Lichorobiec, Ph.D.
In this thesis is examined whether it is possible to misuse the technology of 3D printing with plastic materials for manufacture of short firearms. The aim of the work is to try and create one working gun and to assess technical severity and time and financial consumption of the process and then execute a shooting test. If the gun proves to be capable of shooting the bullet velocity will be measured and the stopping power will be calculated. The risk analysis will be processed to determine hazards of creating such weapon, possibility of transfering of the gun through detection frame into guarded areas and to determine gravity of the absence of ballistic markings on the bullet. At last the countermeasures to lower the risk of abuse of 3D printed guns will be proposed.
Key words: 3D print, abuse, endangering persons, gun, illegal firearms, pistol
Obsah
Seznam zkratek ... 1
Úvod ... 2
1 Zbraň a střelivo ... 3
1.1 Právní předpisy... 5
2 Modely k tisku ... 7
3 Tiskárny a materiály ... 13
3.1 Technologie 3D tisku ... 14
3.2 Materiály k 3D tisku ... 17
4 Vyrobení zbraně ... 21
4.1 Sestavení ... 22
4.2 Úpravy ... 25
5 Střelecká zkouška ... 28
5.1 Výsledek zkoušky ... 32
6 Analýza rizik ... 37
6.1 Kriminalistická identifikace ... 37
6.2 Přenos do střeženého prostoru ... 38
6.3 Metoda FMEA ... 39
6.4 Nebezpečí vyplývající z výroby střelné zbraně na 3D tiskárně ... 43
Závěr ... 46
Použitá literatura ... 47
Seznam obrázků ... 50
Seznam příloh ... 51
Seznam zkratek
3D – Trojrozměrný (Three-dimensional) ABS – Akrylonitrilbutadienstyren
FFF – Termoplastické vytlačování (Fused Filament Fabrication)
FMEA – Analýza způsobů a důsledků poruch (Failure Mode and Effects Analysis) FMJ – Celoplášťová střela (Full Metal Jacket)
fps – Snímky za vteřinu (Frames per second) HIPS – Polystyren
LED – Dioda emitující světlo (Light-Emitting Diod)
LOM – Výroba vrstvením (Laminated Object Manufacturing) LR – Malorážkový náboj (Long Rifle)
PET – Polyetylen tereftalát (Polyethylene terephthalate) PJT – Tryskání polymeru (PolyJet technology)
PLA – Kyselina polymléčná (Polylactic acid) px – Pixel
SD – Druh přenosné paměťové karty (Secure Digital) SLA – Stereolitografie (Stereolitography)
SLS – Selektivní laserové spékání (Selective Laser Sintering)
2
Úvod
Cílem této práce je analýza, zdali se dá zneužít technologie 3D tisku k výrobě krátké palné zbraně a pokud ano, pak tuto zbraň podrobit střelecké zkoušce a provést analýzu rizik ohrožení osob a majetku.
V první části budou přiblíženy základní pojmy zbraň, výstřel, náboj, střelivo a právní předpisy, jež se k střelným zbraním vztahují. Práce poté popíše jednotlivé součásti důležité pro tisk a sestavu celkové konstrukce zbraně.
Jelikož v dnešní době existuje mnoho metod 3D tisku, bude v další části vybrána ta nejvhodnější pro tisk takové zbraně v domácích podmínkách, aby se podařilo přiblížit co nejvíce situaci, kdy si takovou zbraň rozhodne vytisknout někdo na vlastní 3D tiskárně, zároveň se provede výběr a charakteristika tisknutelných materiálů.
Stěžejním úkolem bude praktické sestavení vytištěné zbraně a střelecký experiment, který prokáže, zda lze z této zbraně vystřelit. Pokud ano, bude provedena analýza výstřelu změřením rychlosti střely, pořízením záběru na rychloběžnou kameru a zachycením střely do balistického materiálu k posouzení ranivosti.
V poslední části se provede posouzení rizik zneužití takto vyrobené zbraně.
3
1 Zbraň a střelivo
Střelnou zbraň lze definovat jako zařízení sloužící k dopravě střely na cíl. Také ji lze definovat jako zbraň, která odvozuje svou funkci od okamžitého uvolnění nahromaděné energie. Střelné zbraně lze rozdělit do kategorií podle více kritérií. Za základní rozdělení lze považovat rozdělení na:
- Palná zbraň – energie je uvolněna během chemické reakce (hoření) hnací slože - Plynová zbraň – energie se uvolňuje v podobě rozpínání stlačeného plynu
(paintballové zbraně, vzduchovky)
- Mechanická zbraň – energie je nahromaděná natažením/stlačením části zbraně a uvolněním dojde k přenosu energie na projektil (luky, kuše) [10]
Tato práce bude pojednávat o palných střelných zbraních. Ty lze dělit na dlouhé (při délce hlavně nad 300 mm, nebo délce celé zbraně nad 600 mm), či krátké, na jednoranné, nebo víceranné (s možností přebití více nábojů, ty se potom dělí na samočinné – automatické, nebo samonabíjecí – poloautomatické). Dále se dělí podle typu používaných nábojů na kulové zbraně (střela je jednotná – kulová), brokové (hromadná střela – například větší množství malých kuliček), nebo kombinované a podle počtu hlavní na jednohlavňové a vícehlavňové. [10]
Důležité kritérium pro dělení palných zbraní je ráže. U kulových palných zbraní se číslo ráže váže k průměru hlavně a náboje. Ráže mající původ v evropských zemích (krom Velké Británie) jsou označovány metrickými jednotkami milimetr (například 9 mm), ráže mající původ ve Velké Británii jsou značeny v setinách palce (například .22 LR – Long Rifle) a v USA v tisícinách palce (například .303 Savage). Ráže ovšem nereflektuje průměr hlavně zcela přesně (pouze „přibližně“). [3]
Palné zbraně dělí zákon o střelných zbraních do čtyř kategorií a to:
- Kategorie A – zakázané zbraně
- Kategorie B – zbraně podléhající povolení - Kategorie C – zbraně podléhající ohlášení - Kategorie D – volně prodejné zbraně [7]
4 Kategorie A je popsaná v kapitole 1.1 Právní předpisy. Zbraně spadající do kategorie B a C mohou nabývat do vlastnictví pouze držitelé zbrojního průkazu potřebné kategorie, nebo držitelé zbrojní licence. Obecně lze říci že zbraně kategorie C jsou oproti kategorii B méně nebezpečné. [7]
Střelivo
Střelivo je souhrnné označení pro náboje používající nábojnice. Náboj se standardně sestává z těchto částí: nábojnice, hnací slože, zápalkové slože a střely. [10]
Nábojnice spojuje všechny ostatní části v celek, nese v sobě zápalkovou a hnací slož. Z jedné strany na ni dopadá zápalník (úderník) a do druhé strany nábojnice je zalisovaná střela. Po výstřelu se stává nejvýznamnějším kriminalistickým předmětem pro identifikaci zbraně, jelikož se mírně zdeformuje do tvaru výstřelové komory. Pokud je zbraň vybavena vyhazovačem nábojnic, obsahuje navíc nábojnice rýhy po vytahovači a vyhazovači. Rozpoznání komplikuje, je-li nábojnice přebíjena (z použité nábojnice je vytvořen nový náboj). [3]
Střela může být buď jednotná, nebo hromadná (broky). Jednotná střela (kulová) poté podle požadovaného účinku v cíli může být buď olověná (pro sportovní účely), celoplášťová, poloplášťová, nebo vybavena expanzní dutinou, která po zásahu cíle zvětší svou plochu a působí větší ranivost osob a zvěře. Let střely (vnější balistika) závisí také na tom, zda je vystřelena z drážkované, polygonální nebo hladké hlavně. Drážkovaná a polygonální hlaveň udá střele rotaci, takže střela letí stabilně „špičkou dopředu“ a dokáže letět na větší vzdálenost. Během výstřelu z drážkované hlavně dojde k vytvoření stop po drážkování hlavně, což lze v kriminalistické balistice použít při identifikaci střely. Jisté stopy na střele vzniknou také na hladkých hlavních a hlavních s polygonálním vývrtem. [3]
[10]
Hnací slož je zpravidla bezdýmný střelný prach. Slouží k prudkému uvolnění plynů během svého hoření po iniciaci zápalkovou složí, které při své expanzi vymetou střelu z nábojnice a poté ji v hlavni dále urychlují, čímž získá střela potřebnou rychlost k letu k cíli a jeho poškození. Bezdýmný střelný prach dělíme na nitrocelulózový, nitroglycerinový a diglykolový. Zrna prachu mohou mít různé tvary, podle tvaru se potom mění rychlost hoření – progresivní, konstantní, nebo degresivní, což mění balistické vlastnosti. Jelikož
5 všechen prach neshoří dokonale, lze jej nalézt jak v mechanismu zbraně, tak v okolí výstřelu a lze jej použít jako stopu v kriminalistické balistice. [3]
Zápalková slož slouží k přeměně mechanické energie ze zápalníku na iniciační energii pro střelný prach. Standardně se používá buď okrajový zápal, kdy je zápalková slož rozmístěna na krajích dna nábojnice (u malorážkových nábojů), anebo středový zápal, kdy je zápalková slož uprostřed dna nábojnice (ty se dále dělí na typ Berdan a Boxer). Náboj se středovým zápalem je zobrazen a popsán na obr. 1.1. [3]
S těmito informacemi lze zbraň zkoumanou v této práci označit jako palnou jednohlavňovou krátkou kulovou jednorannou střelnou zbraň ráže 9 mm se středovým zápalem.
Obr. 1.1 Náboj se středovým zápalem
1.1 Právní předpisy
Palná zbraň, o niž bude pojednávat tato práce, je svázaná řadou právních předpisů a to zejména zákonem č. 119/2002 Sb., o střelných zbraních a střelivu, ve znění pozdějších předpisů (dále jen „zákon o střelných zbraních a střelivu) a zákonem č. 40/2009 Sb., trestní zákoník, ve znění pozdějších předpisů (dále jen „trestní zákoník“). Z těchto plyne, že výroba, držení a použití této zbraně je omezeno (viz níže).
Zákon o střelných zbraních a střelivu
Podle § 4 písm. a) bodu 4 spadá tato zbraň do kategorie „A“ – zakázané zbraně, zakázané střelivo nebo zakázané doplňky zbraní, jelikož jsou hlavní částí zbraně a zbraň celá, krom kovového zápalníku, vyrobeny z umělé hmoty nezachytitelné detektorem kovu.
Nábojnice
Zápalková slož
Střela
Hnací slož
6 Držet, nosit, nebo nabývat do vlastnictví zbraně kategorie A je podle § 9 odst. 1 zakázáno s výjimkou, kdy je vystaveno povolení Policie České Republiky ve zvláštních případech podle § 9 odst. 2 písm. a) až e) a to pro ty, kdož provádí činnost: „a) sběratelskou nebo muzejní činnost, b) přepravu, střežení mimořádně nebezpečných nebo cenných zásilek nebo střežení objektů mimořádné důležitosti, anebo objektů důležitých pro obranu státu, c) výrobní nebo obdobnou činnost, při které ke zkoušení výrobků nutně potřebuje zbraň kategorie A, d) výuku a výcvik ve střelbě ze zbraní kategorie A, nebo e) filmovou nebo divadelní činnost; v takovém případě musí být zbraň nevratně upravena tak, aby při střelbě z ní mohly být použity pouze cvičné náboje a nábojky.“ [7] Výjimku lze udělit, pokud to neodporuje veřejnému pořádku a bezpečnosti, a lze ji časově omezit. Další výjimkou jsou držitelé zbrojní licence skupin vyjmenovaných dle § 38 odst. 1 až 8. [7]
Trestní zákoník
Podle § 279 odst. 1 je zakázána výroba, opatřování, nebo přechovávání zbraně, nebo její hlavních částí, což jsou u pistole hlaveň, tělo a závěr, bez příslušného povolení a porušení zákazu může být potrestáno odnětím svobody až na dva roky, zákazem činnosti nebo propadnutím věci nebo jiné majetkové hodnoty. [6]
Český úřad pro zkoušení zbraní a střeliva
Dle vyjádření pracovníků tohoto institutu, kteří ověřují zbraně a střelivo v ČR lze zbraň formou tisku na 3D tiskárně vyrobit pouze za účelem vědeckého zkoumání, nebo vědecké práce – tím je myšlena i bakalářská, nebo diplomová práce. Po její výrobě a uskutečnění vědeckého experimentu se takto vyrobená zbraň prokazatelně zničí, viz příloha č. 1.
7
2 Modely k tisku
Modelů palných zbraní k tisku na 3D tiskárně existuje více, k této práci byl vybrán model „DD-Liberator“ verze EXP002, která mírně upravuje první verzi EXP001 a to úpravou rukojeti (k připevnění již není potřeba kovového šroubu), vyztužením spouště, zúžením průsvitu pro zápalník a změnou vnitřní struktury hlavně pro snížení namáhání materiálu. Zbraň pochází od společnosti Defense Distributed (založena v roce 2012 ve městě Little Rock ve státu Arkansas Benem Denioem a Cody Wilsonem) a byla zveřejněna na jejich internetových stránkách 5. května 2013 volně ke stažení. Téhož roku byl ze stránek na žádost Úřadu pro regulaci obchodu se zbraněmi ze stránek odstraněn. Tento model byl vybrán, jelikož jej lze, krom zápalníku, vytisknout kompletně z umělé hmoty na 3D tiskárně, což u některých modelů není možné, a protože se jedná o vůbec první model palné zbraně určen k tisku na 3D tiskárnách. [16] [28]
Název a částečně i vzhled zbraně pochází od americké jednoranné pistole FP-45 Liberator (ráže .45 ACP – 11,43×23 mm), která byla navržena Georgem Hydem a vyráběna společností General Motors Corporation v roce 1942. Za druhé světové války byla určena k distribuci na okupované území mezi odbojové skupiny (převedším v Asii, ale v menší míře i v Evropě). [2]
Modely všech součástí palné zbraně byly ke stažení v jednom souboru ve formátu STL (zkratka z „STereoLithography“, nosič informace o geometrii modelu používán k přenosu dat do 3D tiskárny [24]) spolu s jednoduchým návodem k tisku a sestavení.
Překážkou pro tisk v zemích s metrickým systémem byly původní použité jednotky palce, tyto se musely převést před tiskem na milimetry.
Následuje výpis všech poskytnutých tisknutelných součástí s originálními názvy v závorkách, spolu s popisem a vykresleným modelem přes program 123D od společnosti Autodesk.
9 mm hlaveň (.380 Barrel) – hladká hlaveň je první hlavní část zbraně. Od těla zbraně je odnímatelná. Defense Distributed doporučuje s jednou hlavní vystřelit pouze jedenkrát a poté hlaveň vyměnit za novou. K tělu se zajistí vystupujícím kotvením pomocí zámkového mechanismu, viz obr. 2.1. Hlaveň je navržena pro náboje ráže 9 mm.
8 Obr. 2.1 Hlaveň
Spodní kryt (Bottom cover) – kryt sloužící k uzavření prostoru ve spodní části těla zbraně.
Tento prostor slouží ke vlepení kovového kvádru, čímž se stane zbraň detekovatelná detektorem kovu a přestává být zbraní nelegální. Toto se vztahuje pouze na palné zbraně na území USA. Kryt zobrazen na obr. 2.2.
Obr. 2.2 Kryt
Zápalníkové pouzdro (Firing pin bushing) – slouží k utěsnění kovového zápalníku na svém místě. Zobrazení na obr. 2.3
Obr. 2.3 Zápalníkové pouzdro
Spojovací kolíky (Frame pins) – kolíky, kotvící tělo kohoutu k tělu zbraně. Tisknou se třikrát. Zobrazení na obr. 2.4.
Obr. 2.4 Spojovací kolík
Tělo (Frame) – druhá hlavní část zbraně, která v sobě nese tělo kohoutu, kohout, pružiny kohoutu, zápalník, spoušť a spoušťovou pružinu. Z přední strany se k tělu zámkově připevňuje hlaveň, z druhé strany rukojeť pomocí kolíku (viz obr. 2.5). Na spodní straně se nachází otvor pro vložení ocelového kvádru (viz spodní kryt).
Kotvící bod
9 Obr. 2.5 Tělo
Kolík rukojeti (Grip pin) – kolík sloužící k zajištění rukojeti k tělu. Oproti spojovacím kolíkům je kratší, hrubší a tiskne se pouze jednou. Zobrazen na obr. 2.6.
Obr. 2.6 Kolík rukojeti
Rukojeť (Grip) – slouží k uchopení zbraně do ruky. Zobrazena na obr. 2.7.
Obr. 2.7 Rukojeť
Tělo kohoutu (Hammer body) – spojuje bicí ústrojí s tělem zbraně. Nese v sobě kovový zápalník, po stranách kotví pružiny vracející kohout, který má osu otáčení zakotvenou také v těle kohoutu. Zobrazení s popiskem viz obr. 2.8.
Úchyt rukojeti
Otvor pro
spoušť Úchop hlavně
Prostor pro kovový kvádr
Otvory pro kolíky
10 Obr. 2.8 Tělo kohoutu
Kolík kohoutu (Hammer pin) – kolík spojuje kohout s tělem kohoutu a vytváří osu, podle které se kohout vytáčí při natažení. Zobrazen na obr. 2.9.
Obr. 2.9 Kolík kohoutu
Kohout (Hammer) – po natažení stáhne pružiny (viz obr. 2.11) a po uvolnění přenáší vykonanou práci vracejících se pružin ve formě kinetické energie na kovový zápalník, který iniciuje střelu. Zobrazení s popisem na obr. 2.10.
Obr. 2.10 Kohout
Pružina (Spring) – spirálovitá pružina sloužící k nahromadění a uvolnění kinetické energie, která se přenáší na zápalník. Tiskne se dvakrát. Širším otvorem se připevní k tělu kohoutu (každá z jedné strany) a užším otvorem se obě pružiny spojí spojujícím kolíkem, který tlačí zezadu na kohout. Zobrazení na obr. 2.11.
Otvor pro kolík kohoutu
Otvor pro zápalník
Opěrný bod pro kohout
Kotvení pružin Otvory pro
spojovací kolíky Otvor pro kolík kohoutu
Směr přenosu energie
Čep dopadající na kovový zápalník
Hrana pro zajištění v natažené poloze spouští
11 Obr. 2.11 Pružina
Pouzdro pružin spojovacího kolíku (Spring Connecting Rod Bushing) – jedná se o dutou kulatinu chránící pružiny spojující kolík proti opotřebení. Zobrazení na obr. 2.12.
Obr. 2.12 Pouzdro kolíku
Pružiny spojující kolík (Spring Connecting Rod) – kolík, který spojuje obě pružiny. Je obalen pouzdrem pružin spojovacího kolíku a tlačí zezadu na kohout. Přenáší energii z obou pružin. Zobrazení na obr. 2.13.
Obr. 2.13 Spojovací kolík
Pružina spouště (Trigger Spring) – je spojena se spouští a vrací jí do výchozí polohy.
Jednou stranou (viz obr. 2.14) je opřena o stěnu těla zbraně a druhou stranou je zaháknuta za spoušť. Když se spoušť zmáčkne, dojde ke stlačení pružiny spouště a ta začne spoušť vracet do původní polohy.
Otvor pro úchop na tělo kohout
Otvor pro spojovací kolík
12 Obr. 2.14 Pružina spouště
Spoušť (Trigger) – stlačením se posune v těle zbraně směrem dozadu a tím uvolňuje zajištěný kohout vysunutím čepu, který jej drží. Ze spouště vystupuje rovněž čep pro uchopení pružiny spouště, jež ji vrací do výchozí polohy. Zobrazení s popisem na obr. 2.15.
Obr. 2.15 Spoušť Opěry o stěnu
těla zbraně
Otvor pro spojení s pouští
Čep pro pružinu spouště
Čep jistící kohout
13
3 Tiskárny a materiály
3D tisk je proces, během kterého dochází k tvorbě fyzického objektu podle digitální předlohy, také starším názvem označován jako Rapid Prototyping (rychlá tvorba prototypů).
Za počátek technologie by se mohl považovat rok 1983, kdy Charles Hull vytvořil historicky první model vytištěný na 3D tiskárně technologií zvanou stereolitografie (viz níže), kterou si v roce 1984 nechal patentovat. V roce 1986 se stal spoluzakladatelem firmy 3D Systems – první firmy na světě zabývající se 3D tiskem. V roce 1987 firma vydala první komerční 3D tiskárnu SLA-1 (obr. 3.1, s technologií stereolitografie), která však ještě nebyla určena pro širokou veřejnost. O rok později si firma nechala patentovat technologii Selective Laser Sintering (SLS, viz níže). Značku „3D tisk“ založila až MIT (Massachusets Institute of Technology), které značku zapůjčuje šesti firmám pro urychlení vývoje technologie. [19]
Obr. 3.1 SLA-1 [19]
Nejvíce se o rozšíření a popularitu 3D tisku zasloužil projekt RepRap (Replicating Rapid-prototyper – replikující se 3D tiskárna), založen v roce 2005 doktorem Adrianem Bowyerem, který si dal za cíl návrh 3D tiskárny, která bude schopna sama sobě vytisknout co nejvíce vlastních součástí. V dnešní době se jedná o nerozšířenější druh 3D tiskáren mezi veřejností díky své cenové dostupnosti. [20]
14
3.1 Technologie 3D tisku
3D tiskárny lze dělit podle použitého materiálu pro tisk na:
- Tisk z tuhých materiálů.
- Tisk z práškových materiálů.
- Tisk z kapalných materiálů. [8]
Následuje výpis s popisem nejrozšířenějších technologií 3D tisku.
Stereolitografie (SLA) – Stereolithography
Technologie tisku z kapalných materiálů. Tiskárna pracuje s tekutým fotosenzitivním polymerem, který se po jednotlivých vrstvách vytvrzuje ultrafialovým laserovým zářením.
Výsledný produkt se nachází ve stejné nádobě jako počáteční tekutý polymer. Tato technologie 3D tisku nabízí jednu z největších přesností (v osách XY – délkové a šířkové ose již od 50 µm). V ose Z (výška) se přesnost pohybuje mezi 50-150 µm. Díky této velké přesnosti v ose Z je výsledný model velice hladký s těžko rozeznatelným vrstvením a umožňuje tvorbu malých otvorů a přesných detailů. Dalším kladem je rychlost tisku (jedna z nejrychlejších metod). Záporem technologie jsou vysoké pořizovací náklady tiskáren (v řádech statisíců korun českých) a náklady materiálu pro tisk (desítky tisíc korun českých za kilogram). Běžnými materiály pro tisk jsou akryláty, epoxidy anebo pryskyřice, které mají malou tepelnou odolnost a vysokou křehkost. Z toho důvodu není vhodná k tisku palné střelné zbraně. [8]
Tryskání polymeru (PJT) – PolyJet technology
Technologie tisku z kapalných materiálů. Obdobné klasickým inkoustovým tiskárnám. Tekutý polymer se nanáší pomocí desítek trysek ve vrstvách a vytvrzuje se ultrafialovým zářením. Trysky se pohybují pouze v osách XY (délky a šířky), po ose Z (výška) se pohybuje stavební podložka. Při tisku složitější modelů se jako podpůrný materiál používá gel. Technologie je vhodná k tisku palné zbraně, ale nevhodná k domácímu použití. V této práci je snaha se co nejvíce přiblížit možnosti tisku střelbyschopné palné zbraně v domácích podmínkách a pro domácí použití tato technologie není nejvhodnější (cena tiskárny v až řádu statisících korun českých, značná rozměrnost). [8]
15 Selektivní laserové spékání (SLS) - Selective Laser Sintering
Technologie tisku z práškových materiálů, nejčastěji kovových, keramických nebo plastových (většinou nylon a polykarbonáty). Jedna z nejstarších metod. Tisk probíhá spékáním naneseného prášku CO2 laserem, následně se tisková podložka posune níže a proces se opakuje. Výhodou tisku je nenutnost tvorby dodatečných podpor u složitějších výtisků, jelikož je model po celou dobu obklopen nespečeným materiálem, který jej podpírá.
Nevýhodou je vysoká energetická náročnost tisku, nemožnost tisku uzavřených dutin a nákladné čištění tiskárny a modelu od práškového materiálu. Tato metoda je vhodná pro tisk palné zbraně za použití tiskového materiálu nylonu. Lze dosáhnout vysoké homogenity materiálu a nylon má vhodné termodynamické vlastnosti. Nevhodné však pro domácí použití (důvody jako u PJT). [8]
Výroba vrstvením (LOM) - Laminated Object Manufacturing
Technologie tisku z tuhých materiálů. Při tisku se kladou jednotlivé vrstvy na sebe.
Tato vrstva se tvoří vyřezání laserovým paprskem z tiskového materiálu (dodávaného v podobě listu stočeného do role). Následně se vrstva spojí s předchozí vrstvou stlačením nahřátým válcem. Poté se pracovní podložka posune o výšku jedné vrstvy níže a proces se opakuje. Nejčastější materiál k tisku je plast a papír, zřídka i kov. Vhodná pro tvorbu velkých modelů. Nevhodná pro tisk palné zbraně (důvody jako u PJT a SLS). [8]
Termoplastické vytlačování (FFF) – Fused Filament Fabrication
Technologie tisku z tuhých materiálů, také označována jako Fused Deposition Modeling (FDM) – Nanášení roztaveného polymeru. Technologii vyvinul a 30. října 1989 patentoval Scott Crump, který poté založil firmu Stratasys. Tiskovým materiálem je polymerová struna (označována jako filament). Tato struna se následně taví v tavicí trysce (hotend) a vytlačuje na podložku (heatbed), nebo na poslední vrstvu výtisku (viz obr. 3.2).
U jednotlivých tiskáren se mění pohyb trysky a podložky. Buď se po osách X a Y může pohybovat tryska a podložka po ose Z, nebo naopak se tryska pohybuje pouze po ose Z a podložka po osách X a Y, ale schéma (jak zobrazuje obr. 3.2) zůstává stejné, akorát se mění pohyblivost v osách. Po vytlačení materiál rychle zchladne a ztvrdne. U tisku složitějších modelů se používá podpůrný materiál, jenž lze po dokončení lehce odstranit.
Výhodou tisku je možnost použití velkého spektra polymerů, které mohou mít vhodné
16 vlastnosti (termodynamická odolnost) ke konstrukci palné zbraně. Tiskárny této technologie mají nejnižší pořizovací náklady, dají se jednoduše sestavit z dodaných dílů a nemusí se provádět složité údržby. Tato technologie byla určena právě jako technologie nejvhodnější k tisku palné zbraně. Technologií PJT nebo SLS se docílí sice vyšší kvality výtisku, ale jejich použití není pravděpodobné v domácích podmínkách. Naopak technologie FFF je díky projektu RepRap (viz výše) široce rozšířená právě v domácnostech a pořizovací náklady jsou znatelně nižší, než u předchozích typů tiskáren (již od řádů tisíců korun českých). Nevýhoda je nižší kvalita tisku a vznik vnitřního pnutí materiálu (tento problém je řešitelný viz kapitola 3.2 – ABS). Fotografie FFF tiskárny s podložkou pohyblivou v ose Z na obr. 3.3. [8] [14] [15] [20]
Obr. 3.2 Schéma FFF tisku
17 Obr. 3.3 FFF tiskárna
3.2 Materiály k 3D tisku
Po vybrání nejvhodnější technologie tisku v podkapitole 3.1, je potřeba vybrat nejvhodnější tiskařský materiál. V této části bude popsána řada materiálů nabízených ve formě filamentu a poté určení toho nejvhodnějšího k tisku palné zbraně.
Tiskařský materiál se do tiskáren pracujících s technologií FFF dodává ve formě struny (smotané do cívky) nazývané filament (viz obr. 3.4). Tato struna vede přímo do vytlačovací hlavy, která si strunu sama podává pomocí posuvníku. Následně se filament taví v tavicí trysce a vytlačuje ven, viz obr. 3.5. Na tomto obrázku je zobrazena vytlačovací hlava s dvěma tryskami pro dva různé materiály, například pro tisk podpůrných struktur (viz HIPS – Polystyren), nebo pro tisk stejným materiálem v jiných barvách.
Obr. 3.4 Filament (oranžový ABS) [20]
18 Obr. 3.5 Schéma vytlačovací hlavy [3]
Následuje výpis a popis nejdostupnějších polymerů k tisku.
Kyselina polymléčná (PLA) - Polylactic acid
Jedná se o plast vyráběný z kukuřičného škrobu (označován jako bioplast pro svůj původ a snadnou biologickou odbouratelnost), ale s vlastnostmi velice podobnými klasickým polymerům. Rozpustný v tetrahydrofuranu. Lze naleptat acetonem po dlouhodobé expozici. Je zdravotně nezávadný. Tiskne se při teplotě 210 °C a nepotřebuje vyhřívanou podlož. Při tisku lze dosáhnout průtoku materiálu rychlostí 6 g za 10 minut.
Smrštitelnost materiálu při tisku je 0,20 až 0,50 % (0,002 až 0,005 mm/mm). V porovnání s ABS (viz níže) je lépe tisknutelný – s PLA lze při tisku dosáhnout obecně největší přesnosti a má vyšší pevnost v tahu (53 MPa), ovšem nevýhoda je nízká teplotní odolnost (od 60 °C začíná měknout), je tedy nevhodný pro použití na tisk palné zbraně. [9] [20] [21] [27]
Polystyren (HIPS)
Používá se jako materiál pro tisk podpůrných struktur u složitých objektů. K tomu je ovšem potřeba mít vytlačovací hlavu s dvěma tryskami pro dva různé materiály, kdy jeden je určen k tisku modelu a druhý (HIPS) pro tisk podpůrných struktur, jež jsou potřeba u určitých tvarů, při kterých by se jinak výtisk zhroutil, nebo nebyl možný vůbec tisknout.
Rozpouští se v limonenu a acetonu. [20]
Vlákno podpůrného materiálu Vlákno hlavního materiálu
Vytlačovací hlava Posuvník Tavící tryska
19 Laywood
PLA s příměsí dřeva. Výsledný tisk pak vypadá jako ze dřeva, ale způsobuje ucpávání trysek. Teplota a rychlost tisku ovlivňuje výslednou barvu. Nevhodný pro tisk palné zbraně. [20]
Polyetylen tereftalát (PET) - Polyethylene terephthalate
Pružný, mechanicky odolný s pevností v tahu 42 MPa a pevností v ohybu 64 MPa s nízkou tepelnou roztažností. Vlastnostmi se podobá ABS i PLA. Smrštitelnost stejná jako u PLA, tedy 0,20 až 0,50 %. U tisku podobně jako u PLA není potřeba vyhřívané podložky.
Tiskne se při teplotách kolem 220 °C. Nevýhoda je nízká teplotní odolnost podobně jako u PLA (do 100 °C). Nevhodný pro tisk palné zbraně. [20] [21]
Nylon
Syntetický polymer s pevností v tahu 50 MPa. Teplota zpracování nylonu se pohybuje mezi 230-280 °C, což působí problém některým tryskám. Je znatelně dražší a má špatnou přilnavost k tiskové podložce, je proto nevhodným k použití na tisk palné zbraně.
[20] [21]
Akrylonitrilbutadienstyren (ABS)
Nejrozšířenější termoplastický polymer, se kterým je schopna pracovat většina tiskáren. Hustota materiálu je 1,5 g/cm3. Vyznačuje se odolností proti mechanickému namáhání s pevností v tahu 43 MPa a pevností v ohybu 65 MPa, odolností proti kyselinám a hydroxidům a vysokou termodynamickou odolností (stabilní v teplotách i nad 100 °C). Při tisku lze dosáhnout průtoku materiálu rychlostí 5,2 g za 10 minut. Teplota tisku se pohybuje v rozmezích 210-250 °C při teplotě podložky 70-120 °C. Sražení materiálu v rozmezích 0,40 až 0,70 %. ABS je dobře lepitelný acetonem, toluenem a polyakrylátovými lepidly.
Nevýhodná je vysoká smrštitelnost materiálu při chladnutí, což může způsobit odlupování od podložky a deformaci výtisku. To dále komplikuje tisk, ale problém lze odstranit použitím speciálních sprejů na tiskovou podložku pro lepší přilnavost materiálu. Vzniklé vnitřní pnutí v materiálu je možno odstranit ošetřením výtisku acetonem, čímž dojde k naleptání povrchu a následnému zacelení všech nerovností do souvislé vrstvy. Ošetření lze provést buď
20 namočením výtisku (doba lázně v řádech jednotek vteřin, nevýhoda je velká spotřeba acetonu a jeho následné znehodnocení), anebo v acetonových parách (expozice trvá déle, avšak není potřeba velkého množství acetonu). Základní ABS má bílou barvu, dle výrobce až béžovou, ale běžně se na trh dodává obarvený do všech základních barev. Jelikož je tento materiál velice rozšířený a levný, má nejlepší termodynamické vlastnosti a lze ho ošetřit acetonem, byl vybrán jako nejvhodnější materiál k tisku palné zbraně. [9] [20] [21] [26]
21
4 Vyrobení zbraně
Jelikož autor není vlastníkem 3D tiskárny, bylo potřeba tisk dílů objednat. K tomuto byla vybrána firma „na3D s.r.o.“ se sídlem v Pržně díky vstřícnosti majitele a dobré cenové dostupnosti. Tisk byl realizován na tiskárně Rebel II (specifikace viz níže) s parametry tisku: 4 perimetry (tloušťka stěny 2 mm), výplň 40 %, 4 spodní a 7 horních vrstev. Celková cena za tisk činila 1 193 Kč (individuální cena po domluvě s majitelem), váha všech vytištěných součástí včetně náhradní hlavně činila 240 gramů. Celkový čas výroby činil 18 hodin.
Rebel II
- Zobrazení na obr. 4.1.
- Pracovní plocha 8000 cm3 (200×200×200 mm).
- Podporovaný průměr vstupního filamentu je 1,75 mm.
- Minimální výška vrstvy od 0,05 mm - Maximální rychlost přejezdu 200 mm/s - Opakovatelnost kroků v X/Y ose – 0,01 mm
- Podporované materiály – ABS, PLA, PETG, Laywood, Laybrick, Nylon a PC - Celokovový hotend (součást vytlačovací hlavy – extruderu, která se zahřívá na
teploty tavící filament – až 240 °C) s dvěma heatbreaky (izolátory) – jeden celokovový, druhý s teflonovou trubičkou
- Rám je tvořen z hliníkových profilů zaručující vyšší pevnost konstrukce tiskárny (vyšší kvalita tisku)
- Tiskárna dále obsahuje pět krokových motorů s přírubou Nema 17 a vyhřívanou podložku (heatbed).
- Vytlačovací hlava se pohybuje po ose Z, podložka po osách X a Y.
- Nejnižší cena v České Republice za novou kompletní sadu k sestavení tiskárny je 9 999 Kč. [22]
22 Obr. 4.1 3D tiskárna typu „Rebel II“ [22]
4.1 Sestavení
Vytisknuté součásti byly dodány očištěny od podpůrného materiálu a připraveny ke složení, viz obr. 4.2. Tiskárna ovšem některé součástky nevytiskla dostatečně precizně a bylo tedy potřeba přebytečný materiál odstranit, a to především z otvorů pro kolíky a z kotvy hlavně. To bylo provedeno nožem (u kotvy hlavně) a kulatým pilníkem (u otvorů pro kolíky). Při sestavování bylo postupováno podle textového návodu přiloženého k poskytnutým souborům.
Vyhřívaná podložka (pohyb na osách X a Y)
Filament
Vytlačovací hlava (pohyb na ose Z)
23 Obr. 4.2 Vytisknuté Součástky pro sestavení střelné zbraně
1 – Hlaveň, 2 - Spodní kryt, 3 - Zápalníkové pouzdro, 4 - Spojovací kolíky, 5 – Tělo, 6 - Kolík rukojeti, 7 – Rukojeť, 8 - Tělo kohoutu, 9 - Kolík kohoutu, 10 – Kohout, 11- Pružina, 12 - Pouzdro pružin spojovacího kolíku, 13 - Pružiny spojující kolík, 14 - Pružina spouště, 15 - Spoušť
První se do těla zbraně (5) zasune spoušť (15), na kterou se na čep pro pružinu spouště nasadí pružina spouště (14), takže se spoušť po stisknutí vrací do výchozí polohy.
Poté se sestrojí bicí ústrojí.
Do těla kohoutu (8) se zasune kohout (10) tak, aby vystupující čep dopadající na zápalník směřoval do otvoru pro zápalník. Kohout se k tělu kohoutu zajistí zasunutím kolíku kohoutu (9) do otvoru pro kolík kohoutu. Poté se na tělo kohoutu nasadí z obou stran na čepy pro kotvení pružin pružiny (11) v takovém směru, aby při tažení za jejich konce směrem opačným od otvoru pro zápalník docházelo k jejich stahování namísto roztahování. Následně se spojí obě pružiny spojujícím kolíkem (13) s nasazeným pouzdrem (12) takovým způsobem, aby kolík tlačil na kohout zezadu směrem k otvoru pro zápalník. Jako kolík spojující pružiny byl použit ustřižený kus filamentu namísto původního tištěného kolíku, jelikož filament je elastický a při namáhání nedocházelo k praskání na rozdíl od tištěného
1
2
3
4
5
6 7
8 9
10 00
11 00
15 00 12
00 13
14 00
24 kolíku. Tento krok je obtížnější na provedení, neboť pružiny je těžké udržet dostatečně stažené, aby se dal kolík s pouzdrem nasadit až za kohoutem. Po tomto kroku se do otvoru pro zápalník zasune kovový zápalník – hřebík dostatečně malého průměru, aby prošel průsvitem a nedocházelo při pohybu k velkému tření. K tomuto byl použit hřebík do krytiny (tzv. „papírák“) o délce 30 mm. Po zasunutí zápalníku se otvor zajistí zápalníkovým pouzdrem (3). Po tomto kroku je hotovo bicí ústrojí, které zobrazuje obr. 4.3 v poloze s nataženým kohoutem. [28]
Obr. 4.3 Sestavené bicí ústrojí
Do těla zbraně se zasune bicí ústrojí tak, aby otvor pro zápalník směřoval k úchopu hlavně. K tělu se bicí ústrojí připevní pomocí tří spojovacích kolíků (4), které se zasunou do otvorů pro spojovací kolíky. V tomto kroku se rovněž zajistí spoušť na svém místě, jelikož na ni tlačí spodní část těla kohoutu. K tělu zbraně se připevní rukojeť (7) a na svém místě se zajistí pomocí kolíku rukojeti (6). V posledním kroku se shora zasune hlaveň (1) do úchopu hlavně tak, aby kotva hlavně směřovala svisle dolů. Poté se hlaveň krátkým pohybem otočí, čímž se zamkne v úchopu. Tímto krokem je zbraň plně složena, viz obr. 4.4. Spodní kryt (2) zasazován nebyl, jelikož by neplnil žádnou funkci (nebyl vsazen kovový kvádr). [28]
Celková délka zbraně činí 23,5 cm (včetně přesahu rukojeti), výška 18,5 cm, délka hlavně 6,4 cm.
25 Obr. 4.4 Pohled na celkovou sestavu střelné zbraně
4.2 Úpravy
Před střelbou se v textovém návodu doporučuje ošetřit hlaveň acetonem (viz níže).
Aceton
Dimethylketon (propan-2-on), triviálním názvem aceton je výborné organické rozpouštědlo. Je to bezbarvá kapalina pronikavého zápachu s teplotou varu 56,53 °C. Je prudce hořlavý, jeho páry ve směsi se vzduchem po iniciaci vybuchují. Klasifikován jako dráždivá a hořlavá látka. Po vystavení acetonovým parám či jeho pozření může dojít k poruchám krvetvorby a imunity, k chronickým zánětům dýchacích cest, poškození jater či centrální nervové soustavy. U materiálu ABS způsobuje naleptání jeho povrchu a uvolnění vnitřního pnutí materiálu, povrch se poté stává vyhlazeným a lesklým a zvyšuje se odolnost materiálu při namáhání. [5] [25]
Ošetření
Při ošetření hlavně bylo postupováno podle textového návodu přiloženého k souborům k tisku.
Malé množství acetonu bylo nalito do uzavíratelné skleněné nádoby (v tomto případě zavařovací sklenice). Hlaveň byla kolem kotvícího bodu omotána kovovým drátem
26 a vložena do sklenice tak, aby po nasazení víka vystupoval drát ven a hlaveň byla držena ve volném prostoru nad acetonem. Uzavřená sklenice se poté postavila do kovového hrnce, do kterého byla nalita vařící voda. Po čase se aceton okolní vodou zahřál nad bod varu a výpary začaly viditelně naleptávat povrch. Návod doporučuje nechat hlaveň exponovat výparům po dobu 30 vteřin, autor ponechal hlaveň exponovat po dobu dvou minut, jelikož do té doby nebyl povrch očividně zcela naleptán. Po vyjmutí z nádoby se nechala hlaveň zaschnout, do té doby je povrch plastický a nesmí se ho dotýkat, jinak by mohlo dojít k jeho deformaci. Po celou dobu je místnost potřeba dobře větrat kvůli toxicitě a výbušnosti acetonových par. Po zaschnutí je hlaveň vyhlazená a lesklá (vlevo) v porovnání s neošetřenou hlavní (vpravo), viz obr. 4.5. Tento proces by měl dle návodu prodloužit životnost hlavně z 1 výstřelu na až 10 výstřelů, přesto se v návodu doporučuje z každé hlavně vystřelit pouze jednou. [28]
Obr. 4.5 Pohled na vyrobené hlavně – vlevo ošetřena acetonem, vpravo původní
27 Ořezání
Jelikož zkouška střelby nebyla prováděná z bezpečnostních důvodu držením zbraně ve vlastních rukou, bylo potřeba upravit rukojeť tak, aby se dala uchytit do držáku zbraně v balistické laboratoři. Uřezat bylo třeba přední spodní hranu rukojeti a přední horní část rukojeti, viz červené zvýraznění na obr. 4.6.
Obr. 4.6 Úprava rukojeti
28
5 Střelecká zkouška
Zkouška byla provedena v univerzitní balistické laboratoři pod odborným dohledem.
Střelecká dráha byla vybavena třemi hlavními komponenty a to: stojanem pro uchycení zbraně s dálkovým ovládáním spouště, balistickými čidly pro měření rychlosti střely a sestavou pro záchyt střely. Výstřel byl prováděn z hlavně ošetřenou acetonem.
Stojan pro uchycení zbraně s dálkovým ovládáním spouště
Slouží k uchycení zbraně, jejímu přesnému namíření na cílový terč a ke střelbě zpoza ochranné bariéry. Zbraň nebyla vybavena mířidly, k přesnému zamíření se tedy použilo lanko, které se protáhlo skrz hlaveň a napnulo k terči. Pozice zbraně se potom nastavila tak, aby lanko vedlo v přesné rovině přímo na terč, viz obr. 5.1. Výškový náklon uchycení se dá jednoduše seřídit otáčením seřizovacího kola, tento náklon se dá kontrolovat pomocí nainstalovaných vodováh. Na straně úchytu je nainstalována kovová zábrana pro usměrnění vyhazovaných nábojnic. Zbraň je k úchytu připevněna kovovou deskou, jež je k ní z protější strany přitahována třemi šrouby (v tomto případě dvěma kvůli netypickému tvaru zbraně).
Skrze lučík zbraně vede kovová tyč, která je pohyblivá ve vodorovném směru. Připevněné lanko, vedoucí přes kladku na stanoviště umístěné za ochranným sklem, ovládá spoušť zbraně. Jeho zatažením dojde k zatlačení tyče na spoušť zbraně, a tedy k výstřelu. Fotka zbraně připevněné a připravené ke střelbě na obr. 5.2.
Obr. 5.1 Princip provizorního zamíření zbraně
29 Obr. 5.2 Uchycení zbraně ve stojanu
Balistická čidla měření rychlosti střely – Hradla HS-02
Přístroj měřící rychlost střel (případně jiných letících objektů) s rozmezím měřitelnosti v rychlostech od 50 m/s do 1 500 m/s. Rychlost se měří zaznamenáním zastínění dvou optických bran (START a STOP), které jsou od sebe vzdálené 560 mm, tato vzdálenost se nazývá báze. Po průletu střely první bránou START dojde k jejímu zaznamenání v daném čase a poté po průletu druhou branou STOP k jejímu opětovnému zaznamenání v pozdějším čase. Průlet mezi branami je zaznamenán jako křivka, která vyjadřuje zastínění přijímače proti vysílači v bráně. Signál přijímače je v jednotkách napětí mikrovoltech.
Brány jsou tvořeny dvojicí vysílač-přijímač. Vysílač je lišta diod (LED) emitujících konstantní světelný tok v lineárním svazku a přijímač je lišta přijímacích diod. Diody jsou posazeny proti sobě, takže vytváří v prostoru optickou bránu. Kvůli ochraně jsou před vnějšími vlivy chráněny štěrbinovým krytem. Diody produkují záření o vlnových délkách
Usměrňovač nábojnic
Regulace náklonu Kotvící deska
Spouštěcí mechanismus
30 950 nm, takže v infračerveném spektru, není tedy viditelné lidským okem. Fotka s popiskem na obr. 5.3. [přístrojová dokumentace]
Obr. 5.3 Hradla HS-02 Sestava pro zachycení střely
Z nástřelné strany se nachází papírový terč se záměrným křížem, na který se zamíří zbraň. Za terčíkem se nachází komora vyplněna tlumícím materiálem, jenž střelu po výstřelu zachytí. Z hloubky průniku střely do materiálu lze vypozorovat průraznost. Ta je nepřímo úměrná ranivosti – čím je střela průraznější, tím menší zranění a naopak. Ranivost se dopočítává z kinetické energie střely a z jejího příčného průřezu (viz níže Rychlost a ranivost, vzorce č. 5.1 až 5.3). Obr. 5.4 zobrazuje sestavu pro zachycení střely z nástřelné strany. [4]
Brána START Brána STOP
Vysílací diody
Přijímací diody
31 Obr. 5.4 Blok pro zachycení střely
Náboje
K testu byl použit náboj 9 mm Luger FMJ (Full Metal Jacket – celoplášťová střela, olověné jádro střely je obaleno pláštěm z mědi a zinku – takzvanou košilkou, díky čemuž střela při dopadu na živý cíl nezvětšuje svůj povrch jako střely poloplášťové, nebo s expanzní dutinou). Hmotnosti střely činí 7,5 g. Výrobce Sellier & Bellot, viz obr. 5.5. [12]
Obr. 5.5 Střelivo
32 Vysokorychlostní kamera FastCam SA-Z
Průběh výstřelu byl zaznamenán na vysokorychlostní kameru FastCam SA-Z model 2100K od firmy Photron. Jedná se o kompaktní, přenosnou kameru vhodnou ke snímání velmi rychlých dějů jako jsou testy zbraní, crash testy, zkoušky výbušnin apod. Záznam obrazu lze pořídit s maximálním rozlišením 1024 × 1024 px se snímkovací frekvencí 20 000 fps, maximální snímkovací frekvence lze dosáhnout až 2 100 000 fps při snížení rozlišení na 128 × 8 px. Záznam dat se přenáší pomocí jednoho, či dvou gigabitových ethernetových kabelů, nebo rovnou do SD karty. Ke kameře byl použit objektiv EF 50 mm f/1,2L USM od firmy Canon. Scéna byla nasvícena LED svítidlem o výkonu 130 W a dalšími dvěma 100 W světelnými zářiči po stranách kamery. Fotka kamery na obr. 5.6.
[17]
Obr. 5.6 Kamera
5.1 Výsledek zkoušky
Ze zbraně se podařilo jedenkrát vystřelit. Během tohoto výstřelu došlo k roztržení hlavně a poškození těla zbraně a bicího ústrojí, takže opakovaná zkouška s druhou hlavní nebyla proveditelná. I když došlo při výstřelu k destrukci hlavních částí zbraně, byl výstřel i přesto úspěšný a střela opustila hlaveň dostatečnou rychlostí, aby byla změřena rychloměrem. Analýzou nábojnice, fragmentů částí zbraně a videozáznamu bylo možné určit důvod, proč došlo k destrukci zbraně.
33 Rychlost a ranivost
Střela opustila hlaveň dostatečnou rychlostí na to, aby byla měřitelná čidly. Bránou START proletěla v čase 3,8 a bránou STOP v čase 5,22. Při citlivosti 1100µV vyhodnotil program rychlost střely na 146,7 m/s. Kvůli průletům většího množství výstřelových zplodin a průletům trosek zbraně došlo na grafu k rušení, viz obr. 5.7. Rušení je znatelné hlavně po čase 5,4 ms.
Obr. 5.7 Křivky zastínění optických bran
Zelená křivka značí průchod bránou START, fialová křivka průchod bránou STOP.
Úsťová rychlost střely udávaná výrobcem činí 390 m/s a úsťová energie střely 570 J. Naměřená rychlost střely z této zbraně ve vzdálenosti 1 m od hlavně činila 146,7 m/s což je pouhých 37,4 % deklarované rychlosti (při střelbě z krátké palné zbraně). Dopočtem (dle vzorce č. 5.1) byla určena energie střely na 80,7 J, což je z deklarované energie pouze 14,2 %. Ranivost (takzvané energetické zatížení průřezu střely) je schopnost předat co největší množství této energie zasažené tkáni a působit zranění a byla dopočtena z energie střely a z plochy jejího příčného průřezu. Po výpočtu dopadající plochy střely (vzorec č. 5.2)
34 a energetického zatížení průřezu střely (vzorec č. 5.3) vychází toto energetické zatížení (ranivost) na 126,1 J/cm2. Obecně se považuje, že střela (ráže 3-18 mm) s energií kolem 50 J/cm2 ještě může způsobit vzácně i smrtelné zranění (například při průniku okem), takže i když byla energie střely výrazně nižší (zhruba sedmkrát), než u identického náboje vystřeleného ze standardní palné zbraně, stále má dost energie na průnik přes oblečení a kůži a způsobení zranění, případně i smrti. Skutečné účinky, které by šly vypozorovat z trajektorie střely v balistickém tlumícím materiálu, ale vyvodit nelze, jelikož se střela pravděpodobně vychýlila z trajektorie a do sestavy pro zachycení střely vůbec nedorazila. Střela byla nalezena na zemi s mírně zdeformovanou špičkou, takže lze předpokládat, že se odrazila od kovového krytu sestavy pro záchyt střely. K vychýlení trajektorie došlo pravděpodobně z důvodu exploze hlavně při výstřelu. Střela se navíc okamžitě po opuštění hlavně zploštila, což mohlo vést taky ke změně trajektorie střely. [4] [12]
𝐸 =
12 ×𝑚×𝑣2
1000 (5.1) Kde:
E – energie střely [J]
m – hmotnost střely [g]
v – rychlost střely [m/s]
Dopočet energie střely dle vzorce 5.1:
𝐸 =0,5×𝑚×𝑣2
1000 =0,5×7,5×146,72
1000 = 80703,3375
1000 ≅ 80,7 J
𝑆 = 𝜋×𝑟2 (5.2) Kde:
π – Ludolfovo číslo r – poloměr střely [cm]
S – plocha dopadající střely, [cm2]
Dopočet dopadající plochy střely dle vzorce 5.2:
𝑆 = 3,14×0,452 ≅ 0,64 cm2
𝐸𝑧 =𝐸
𝑆 (5.3) Kde:
S – plocha dopadající střely, [cm2]
35 E – energie střely [J]
EZ – energetické zatížení průřezu střely [J/cm2]
Dopočet energetického zatížení průřezu střely dle vzorce 5.3:
𝐸𝑧 =80,7
0,64≅ 126,1 J/cm2
Porovnání naměřených hodnot s ostatními druhy nábojů je rozepsáno pro lepší přehled do tabulky č. 5.1. Energetické zatížení všech uváděných střel byly dopočítány dle vzorců č. 5.2 a 5.3, za použití údajů (hmotnost, úsťová rychlost a energie) deklarovaných výrobcem Sellier & Bellot ve firemním katalogu 2016/5. [23]
Při porovnání si lze všimnout podobné úsťové energie střely se střelou 6,35 mm Browning, ale protože je střela Browning mnohem menšího průměru a menší hmotnosti, konečné energetické zatížení průřezu střely (ranivost) je zhruba dvakrát větší.
Tabulka č. 5.1 Porovnání střel Střelivo Hmotnost
střely [g]
Úsťová rychlost střely [m/s]
Úsťová energie [J]
Energetické zatížení [J/cm2] Měřená
střela (9×19) 7,5 146,7 80,7 126,1
6,35 mm
BROWNING 3,3 228 86 268,75
.32 S&W
LONG 6,5 270 237 455,77
.45 ACP 14,9 263 515 504,9
7,65 mm
BROWNING 4,75 318 240 521,74
.22 LR 2,56 330 140 583,3
9 mm
LUGER 7,5 390 570 919,4
.357
MAGNUM 10,25 385 760 1169,23
Analýza příčiny
Po prohlédnutí nábojnice spolu s tvarem deformace hlavně bylo možno určit pravděpodobnou příčinu roztržení hlavně. Jelikož je nábojnice roztržena v podélném směru (viz obr. 5.8), umělohmotná hlaveň pravděpodobně neudržela tlak výbuchu střelného prachu v nábojnici, a proto došlo k jejímu roztržení. Po destrukci hlavně došlo i k odtržení částí těla zbraně a těla kohoutu, tříštění by ale případného střelce pravděpodobně neohrozilo.
Fotografie hlavně a všech součástí zbraně po zkoušce viz obrázky 5.9, 5.10 a 5.11.
36 Obr. 5.8 Nábojnice a střela
Obr. 5.9 Hlaveň 1. část Obr. 5.10 Hlaveň 2. část
Obr. 5.11 Poškozená zbraň
37
6 Analýza rizik
Největší rizika při zneužití této zbraně jsou absence kriminalistických stop a možnost pronesení do střeženého prostoru (nemožnost detekce zbraně). Tato rizika budou podrobněji popsána v následujících podkapitolách.
6.1 Kriminalistická identifikace
Pro balistickou identifikaci zbraně, střely, nebo nábojnice je potřeba, aby byly nositeli balistické stopy. Tyto stopy nesou informaci o procesu výstřelu ze zbraně, případně informace o dějích předcházejících výstřelu a lze je rozdělit do pěti skupin:
Mechanické stopy – vtisky, rýhy, sešinuté a zhmožděné stopy vznikající při výstřelu, nebo během manipulace se zbraní. Stopy se vyskytují na povrchu střely, nebo nábojnice. Pomocí těchto stop lze určit skupinovou i individuální identifikaci zbraně.
Technologické stopy – vznikají při amatérské úpravě zbraně, například při odstraňování svárů u znehodnocené zbraně, nebo u výměny některých součástí. U střeliva vznikají během přebíjení, kdy se používá již použitá nábojnice, ze které se vytvoří nový náboj.
Destruktivní stopy – standardně se vyskytují na cíli nebo překážkách, případně i při destrukci zbraně.
Materiálové stopy – jedná se o otěry a fragmenty kovů, organických a anorganických látek, sloučenin a kousky biologických tkání. Takové stopy lze nalézt na střele, nábojnici, zbrani a těle nebo oděvu oběti.
Datové stopy – zvukové a obrazové záznamy výstřelu a subjektivní výpovědi svědků o vzhledu zbraně, manipulaci s ní apod. [3]
Pro identifikaci střelné zbraně jsou nejdůležitější mechanické stopy na střele a nábojnici. Na střele stopy vznikají během jejího letu v hlavni. Největší množství stop vzniká u drážkovaných hlavní, ale i u hladkých lze pozorovat určité stopy. U drážkované hlavně lze ze střely určit směr točivosti drážek, šířku drážek, počet drážek, úhel drážek, šířku prokluzu a také nerovnosti hlavně, z čehož se dá odvodit opotřebení (stáří) zbraně. [3]
Stopy na nábojnici vznikají již během transportu do nábojové komory (u samonabíjecí zbraně). První stopa v nábojové komoře vzniká během úderu zápalníku na
38 zápalku náboje. Po iniciaci hnací slože dojde k nárostu tlaku v nábojnici, což ji mírně zdeformuje a otiskne do ní nerovnosti z komory, ve které je usazená. Po výstřelu dojde u samonabíjecích zbraní k vyhození nábojnice z komory, během čehož vzniká na nábojnici rýha od vyhazovače a vytahovače. [3]
Jelikož má zkoumaná zbraň měkkou umělohmotnou hladkou hlaveň, nemohlo v ní dojít ke vzniku žádných mechanických stop na střele. Nábojnice se vkládá manuálně přímo do hlavně, takže nevznikají stopy při transportu do nábojové komory (do hlavně), k identifikaci nelze použít ani stopu zápalníku, jelikož se jedná o obyčejný hřebík. Zbraň není samonabíjecí, nedojde ani k vyhození nábojnice po vystřelení.
Ke skupinové identifikaci zbraně lze použít stopy datové (pokud by byly k dispozici), materiálové a v případě destrukce zbraně a nelezení trosek na místě činu, stopy destrukce. V případě zneužití této zbraně ke spáchání trestného činu neexistují téměř žádné možnosti k její identifikaci a dopátrání.
6.2 Přenos do střeženého prostoru
Jelikož je zbraň krom zápalníku vyrobena pouze z umělé hmoty, není detekovatelná klasickým detektorem kovu. Je viditelná, pokud by byla vložena do zavazadla, které by bylo kontrolováno rentgenovým skenerem, ale jelikož je umělohmotná, barevně by se na rentgenovém snímku žádná součást nijak neodlišovala od ostatních nekovových věcí v zavazadle. Součásti zbraně by se tedy daly v zavazadle zamaskovat mezi věci běžné denní potřeby. [11]
Zbraň je rozměrná a přes rám detektoru kovu by se nedala zcela lehce pronést, jelikož by šla opticky rozeznat (vyčnívala by z pod oblečení). Pronést by šla v případě, že by si pronašeč nemusel sundávat bundu, případně kdyby měl na sobě volné ošacení, nebo měl zbraň rozloženou na jednotlivé součásti. Při snaze pronesení zbraně do chráněných letištních prostor by mohla osoba pronášející tuto zbraň zkombinovat obě možnosti a drobnější součásti pronést s sebou rámem detektoru kovu a hlavní části zbraně schovat do zavazadla pro ještě větší snížení šance na odhalení [11]
Zbraň ovšem ke střelbě potřebuje náboje, které se zatím vytisknout z umělé hmoty nedají. Náboj by byl v zavazadle na rentgenovém snímku snadno rozeznatelný. Osoba, která by se jej snažila pronést, by ho musela pronést s sebou rámem detektorem kovu, jenž by náboj mohl a nemusel detekovat podle toho, na jakou citlivost by byl nastaven. Případně by
