facebook LinkedIN LinkedIN - follow
CAD I , CAD/CAM/CAE/PLM/3D tisk

Kam se ubírá aditivní výroba?

Nové materiály, nové přístupy, automatizace a recyklace

Tomáš Vít


Aditivní výroba, byť objemem stále drobná oproti metodám tra­dičním, neustále nabírá na síle. Díky řadě unikátních vlastností ji čeká zajímavá budoucnost. V řadě oblastí jde už dnes o zralou technologii, bez které si mnohé české týmy nedokážou předsta­vit výzkum, vývoj ani výrobu. Podívejme se společně na některé z trendů, které budou provázet aditivní výrobu (nejen) v letošním roce. Mnohé navazují na léta předchozí, jiné nabírají na důležitosti právě v dnešním rozkolísaném období.


Zlatá éra profesionálního a průmyslového 3D tisku je teprve před námi. Dokud 3D tiskárny nepatří mezi základní výrobní nástroje zvažované hned při plánování nového výrobního provozu, jsme stále daleko za potenciálem jejich využití.

Brzdou masovějšího nasazení aditivní výroby jsou mj. ekonomické turbulence a četné krize minulých let. Mnohde se investice do moderních technologií pozastavily; týká se to často firem s mezinárodní strukturou a výrobou v Česku. Nutno říct, že až paradoxně: právě krize bývají objektivně příležitostí vsadit na pružnější a dobře škálovatelné technologie. Český průmysl je však i v zahraničí proslulý konzervativním přístupem. O to víc vynikají firmy, kde už běžně využívají více metod aditivní výroby a vybírají si už několikátou generaci 3D tiskáren. Pomyslné nůžky mezi aktivními a váhajícími se stále znatelněji rozevírají.

V tak široké a dynamicky se rozvíjející oblasti je možné najít celou řadu trendů – závisí na úhlu pohledu. Pokusím se vybrat z těch, které spolu s českými firmami často diskutujeme:

Materiály: možností rychle přibývá

Pravidelně se objevují zajímavá vylepšení aditivních technologií i nové materiály přizpůsobené pro 3D tisk odolných dílů. Je zajímavé, jak skokově přibylo v posledních třech letech patentových přihlášek. Jen v USA bylo podle Wohlers Reportu v každém z minulých tří let podáno okolo 8 000 patentových přihlášek z oblasti aditivní výroby. Vybrat si navíc můžeme ze zhruba 3 500 materiálů od bezmála 300 výrobců. Přibývá materiálů pro nejnáročnějších aplikace s důkladnou (a drahou) certifikací.

Recyklace: když původní zdroje nestačí

Valnou většinu dnes komerčně dostupných materiálů tvoří polymery a kovy. Stále naléhavěji je přitom řešena udržitelnost výroby, a proto se do centra pozornosti dostává otázka možnosti jejich recyklace. Bolístkou recyklovaných materiálů je ovšem dnes cena – dosud často vyšší než u běžného materiálu. Problematické je zatím i zpracování odpadů, respektive čistota takto získaných zdrojů. Výrobci polymerů sahají raději po čistém a předvídatelném průmyslovém odpadu z výroby, kontaminovaný komunální odpad končí ve spalovnách. Na lepší časy se už ale blýská třeba v oblasti velkoobjemového tisku přímo z granulátu, podobně u 3D tisku z dobře recyklovatelných kovů.

Zůstaneme-li u plastů, obrovský zájem na podzimním frankfurtském veletrhu Formnext přitahovaly technologie tisku velkých plastových a kompozitních dílů (nejčastěji s plnivem z uhlíkových mikrovláken). Takovéto díly, vhodné od forem až po městský mobiliář, lze po skončení jejich životnosti očistit, rozemlít zpět na granulát a znova tisknout. Jen je potřeba doladit praktické a ekonomicky životaschopné postupy svozu, odborného očištění ad. Na MSV v Brně i na Formnextu jste si mohli prohlédnout třeba výtisky z technologie Weber Additive – extruze z pelet materiálu na robotické paži (na obrázku).

V oblasti recyklace materiálů má i Česko svá želízka v ohni. Stačí se podívat třeba na novinky jako OrCA (nylon získaný z použitých rybářských sítí) nebo NonOilen (plně biorozložitelný materiál s mnoha cykly možné recyklace) vyráběné pro průmysl pod značkou Fillamentum, ruku v ruce s vývojem na akademické půdě. Do využití odpadních surovin se navíc zapojují další výrobci.


Obr. 1: Stále větší zájem poutá velkoobjemový tisk dílců a forem z recyklovaného granulátu na robotickém rameni, v tomto případě na německé technologii Weber Additive (podrobněji: 3dwiser.com/weber).

Automobilový průmysl: velké změny vyžadují nové přístupy

Málokterou oblast vývoje a výroby provází v Česku tak vášnivá debata, jako automobilový průmysl. A zatímco se diskutuje na úrovni odborné i laické, rozložení úspěšných výrobců na mapě světa se rychle mění. Nejprodávanějším automobilem v Evropě za rok 2023 je elektromobil s americkým rodokmenem. Na trh, desítky let zásobený tradičními evropskými, americkými, japonskými a jihokorejskými výrobci, si doslova brousí zuby funkcemi nabitá, přitom cenově dostupnější čínská konkurence.

V Evropě působící automobilky i jejich široký dodavatelský řetězec chápou, že jednou z cest je i chytrá adaptace moderních výrobních technologií. Z pohledu aditivní výroby vše začalo u tištěných nástrojů a upínek pro podporu výroby a u prototypů, dnes už pokračuje tiskem unikátních a malosériových dílů, náhradních dílů v oblasti údržby a pokračuje ještě dál. A to i v českých provozech.

Moderní 3D tiskárny kovů, jako je třeba dvanáctilaserový systém německých Nikon SLM Solutions, navíc zvládnou vyrobit ve špičkové kvalitě i 10 tun tvarově velmi složitých dílů a sestav za rok. A to už je objem daleko přesahující pouhou kusovou výrobu.


Obr. 2: Výtisky brzdových třmenů vydrží ohnivé peklo, jak potvrzuje ukázka z Bugatti, kde vyvíjejí a vyrábí funkční díly pro vysoce výkonné automobily díky aditivní výrobě metodou SLM na tiskárnách od Nikon SLM Solutions (video: youtu.be/oWGmKBdw94Q).

Letectví a kosmonautika: méně je někdy více

Kde bylo dříve nutné kompletovat složité sestavy (třeba spalovacích komor motorů a podobně) z desítek a stovek dílů procházejících zdlouhavě samostatnou kontrolou, začínají se prosazovat výtisky z jednoho kusu. Na stánku společnosti 3Dwiser jste na MSV v Brně mohli vidět hned několik takových ukázek. Nejde o sci-fi ani nedosažitelnou technologii, v nejnáročnějších oborech se používá stále víc, v aplikaci vedou Spojené státy. Nemalá výrobní cena za výtisk se totiž v součtu celé realizace – od zadání po finální kus, včetně doby realizace – vyplácí. A peníze (spolu s kvalitou) jsou i zde až na prvním místě.


Obr. 3: Namísto tvarově složité sestavy z řady samostatných dílů kompletní, najednou vytištěná monolitická sestava spalovací komory a vstřikovače raketového motoru s účinným chlazením přímo ve struktuře opláštění. I tu je možné vyrobit díky laserovému tavení kovových prášků na řešeních od Nikon SLM Solutions (více: 3dwiser.com/slm).

Obrana: na cestě od teorie k praxi

„Ještě nebojujeme, ale jsme ve válce,“ shrnul nedávno respektovaný politický geograf Michael Romancov. Ač si to naše společnosti připouští s různou naléhavostí, intenzivně tento stav řeší česká obrana v čele s Armádou České republiky (AČR). Jak na konci roku potvrdila již druhá odborná konference k využití 3D tisku na půdě Univerzity obrany v Brně, AČR je širšímu využití aditivní výroby otevřena a hledá cesty, jak uspíšit zdlouhavý akviziční proces. Už proto, jak široce je 3D tisk využíván na evropském bojišti a jak rychle se v této oblasti etablují naši spojenci v NATO, v čele například s námořnictvem Spojených států. Tam už 3D tiskárny používají v operačním nasazení i na palubě útočných atomových ponorek (kompozitní 3D tisk Markforged) či výsadkových letadlových lodí (3D tisk kovů metodou laserového navařování z drátu Meltio).

Také brněnská Univerzita obrany už pilně testuje vícemateriálový tisk termoplastů i odolných kompozitů – ve snaze stanovit vhodné postupy pro navrhování v týlu a aditivní výrobu v poli. Některé jednotky AČR také úspěšně ověřily praktičnost a odolnost 3D tištěných nástrojů přímo v terénu. Existují pokročilé tiskárny pro výrobu pevných kompozitních dílů a nástrojů, které fungují přímo v přepravním boxu a můžete je bezpečně shodit z letadla na padáku doslova na místo určení.

Pružněji si aditivní výroba nachází aplikace u českých zbrojařů a jejich dodavatelů. Ne náhodou, toto odvětví zažívá zlaté časy. Poptávka po různých zbraňových systémech je v čase více konfliktů rozesetých po světě obrovská. Společně s tím se otevírá prostor jak na využití moderních technologií, tak i na potřebné investice do nich.

Automatizace: na cestě k vyšší spolehlivosti

Snad všechny kvalitní technologie zaměřené na průmysl a výrobu cílí na další zvyšování komfortu obsluhy 3D tiskáren, opakovatelnosti a spolehlivosti výroby. Je ale dobré mít na paměti, že 3D tisk pracuje s „živým“ materiálem zpracovávaným za vysokých teplot. Mnohdy naráží na fyzikální limity a neustále se posunují hranice možného, třeba v oblasti vícelaserového tavení kovových prášků (problematika odvodu spalin).

V průmyslové oblasti je stále častěji využívána robotizace, umístění tiskové hlavy na robotické rameno nebo přímo do CNC stroje, samostatné výrobní moduly s kompletním zázemím (viz obrázek). Do systémů řízení pomalu pronikají prvky AI. Dokonce i ve stolních 3D tiskárnách najdete stále více čidel chytře monitorujících a kontrolujících postup tisku. Komfort pro operátory roste, počet zmetků klesá.

Obr. 4: Aby byla aditivní výroba z nejdostupnější suroviny – kovového drátu – laserovým navařováním co nejjednodušší, představilo Meltio dostupné a do provozu obratem nasaditelné modulární řešení spolupracující s robotickými rameny ABB, Fanuc, Kuka, či Yaskawa (podrobněji: 3Dwiser.com/meltio).
Obr. 4: Aby byla aditivní výroba z nejdostupnější suroviny – kovového drátu – laserovým navařováním co nejjednodušší, představilo Meltio dostupné a do provozu obratem nasaditelné modulární řešení spolupracující s robotickými rameny ABB, Fanuc, Kuka, či Yaskawa (podrobněji: 3Dwiser.com/meltio).

Nepostradatelný 3D tisk

3D výtisky dnes okolo nás najdete stále častěji – od náhradních dílů až po koncové výrobky zhotovené na míru. Velmi často si jich ani nevšimnete, protože díky povrchovým úpravám nejde poznat, že na začátku nebyl vstřikolis či CNC, ale průmyslová 3D tiskárna. Pro výrobce je podstatné, že díky 3D tisku dostanou lépe přizpůsobené výrobky dříve na trh. A co víc, z mnoha českých organizací napříč výzkumem, vývojem i výrobou zní: „Bez 3D tisku už se neobejdeme!“

Tomáš Vít
Autor článku je managing consultant ve společnosti 3Dwiser, s. r. o.
Chcete získat časopis IT Systems s tímto a mnoha dalšími články z oblasti informačních systémů a řízení podnikové informatiky? Objednejte si předplatné nebo konkrétní vydání časopisu IT Systems z našeho archivu.