facebook LinkedIN LinkedIN - follow
IT řešení pro výrobní podniky II , CAD/CAM/CAE/PLM/3D tisk

Kdy se vám vyplatí 3D tisk?

Tomáš Vít


Při plánovaném pořízení 3D tiskáren a pří­slu­šen­ství nemusí být hned zřejmé, jak rychle se vám investice vrátí. Zvlášť, pokud poři­zu­je­te svou první profesio­nál­ní technologii, a ještě neznáte všechny výhody a ome­zení aditivní výroby z každoden­ního provozu. Návratnost přitom může být překvapivě krátká, často v rámci jednotek měsíců, jak dokládají i zkušenosti z české praxe. Pojďme se podívat, s čím můžete počítat.


O výhodách 3D tisku při podpoře vývoje a výroby, pro koncové i náhradní díly, už jste nejspíš četli mnohé. Aditivní výroba velmi dobře doplňuje tradiční metody výroby, navíc přináší úplně nové možnosti a velkou flexibilitu. Kdy ale začít s 3D tiskem pod vlastní střechou?

Nebojte se rady při rozhodování

V praxi osvědčenou cestou, jak stanovit očekávanou návratnost investice do nasazení (či rozšíření) aditivní výroby u vás ve firmě, je přizvání zkušeného aplikačního inženýra. Díky letité znalosti profesionálního 3D tisku a jeho možností umí přímo u vás v provozu pomoci s vytipováním konkrétních aplikací, u kterých se vám nasazení aditivní výroby nejvíce/nejrychleji vyplatí, a připravit kalkulaci návratnosti investice přímo vám na míru. Takový specialista by měl mít přístup k co nejširšímu portfoliu technologií, aby byl objektivně schopen pomoci s výběrem materiálů a doporučit pro vás optimální metodu 3D tisku. Jako neexistuje jediný materiál vhodný na vše, tak zatím neexistuje ani jediná univerzální tiskárna. To poslední, co zpravidla chcete, je umíněný prodejce, který od prvního setkání všechny vaše aplikační potřeby a zadání ohýbá tak, aby prodal „tu svou nejlepší“ tiskárnu.

Pokud chcete návratnost nejdřív sami alespoň odhadnout, je dobré počítat nejen s cenou 3D tiskáren, ale také s cenou výrobku.

Investice do 3D tiskárny

3D tiskárny dnes můžeme (pro zjednodušení) zařadit do tří hlavních skupin:

  • Hobby tiskárny (cca od pěti do 60 tisíc korun) představují ideální vstupní bod pro domácí kutily a osobní osvojování si základů. Jsou postaveny na nejlevnějším hardwaru a open source softwaru, očekávejte tak časově výrazné zapojení uživatele do sestavování, neustálého ladění a časté údržby zařízení – samotná cesta je zde cíl. Minimální je zde i uživatelská podpora prodejce, většinou přes uživatelská fóra. S ohledem na konstrukci máte omezený výběr materiálů na ty nejsnáze tisknutelné. Chybí i funkce očekávané u profesionálního nasazení, včetně správy uživatelů.
  • Profesionální 3D tiskárny (velmi zhruba od 60 do 400 tisíc korun) už nabídnou robustnější konstrukci, spolehlivost a opakovatelnost výroby, schopnost pracovat naplno od prvního dne – nakonec, platíte za pracovní nástroj, který vám má umožnit soustředění na vaši práci, ne na neustálé ladění 3D tisku. Dočkáte se tu většího tiskového objemu, pokročilých funkcí i tisku pokročilejších, funkčních materiálů s předem důkladně odladěnými tiskovými profily. Nechybí zde ani přímá podpora prodejce, která rozumí potřebám výzkumu, vývoje i výroby. Už zde také najdete klíčové softwarové nástroje pro nasazení v podniku, jako jsou digitální knihovna dílů, správa uživatelů, vzdálený dozor nad tiskem, přehled o nákladech za materiály, podnikového zabezpečení ad. Tyto tis­kár­ny výrazně šetří čas obsluze, jeden operátor je často schopen obsáhnout i farmu tiskáren s různými technologiemi (zde nejčastěji FFF a SLA). Nebo i naopak – k jednomu stroji může přistupovat celý tým konstruktérů.
  • Produkční a průmyslové tiskárny (od cca 400 tisíc až po desítky milionů korun) se soustřeďují na co nejkvalitnější výtisky – koncové i náhradní díly s vyšší přesností, vysoké mechanické vlastnosti díky pokročilým materiálům a odolnost v plně funkčních aplikacích. Důležitá je zde vysoká spolehlivost a opakovatelnost i pro malo- či středněsériovou výrobu. Kromě větších tiskových objemů a výrobních kapacit se tu můžete setkat s vysokým počtem čidel kontrolujících maximální kvalitu aditivní výroby v každém jejím okamžiku. Najdete zde také nejpestřejší materiálové možnosti – od termoplastových strun a kovových drátů na cívkách přes práškové materiály až po tisk přímo z recyklovaného granulátu; od termoplastů a pry­sky­řic přes kompozity až po „kosmické“ slitiny kovů. Tyto tiskárny slouží u nejnáročnějších aplikací, jaké si dokážete před­sta­vit, vč. leteckého a kosmického průmyslu nebo lékařství.

Samotná technologie ale není jediným vstupním nákladem. Je dobré počítat se základním příslušenstvím a spotřebními materiály do začátků, s adekvátním prostorem, úvodním zaškolením nebo personálními výdaji na obslužný personál (u největších strojů či tiskových farem, pro dodatečné úpravy výtisků apod.).

Cena za díl

Při posuzování nákladů je kromě investice do zařízení důležitá i cena za díl. Výrobních technologií je obrovské množství, nejčastěji se ale 3D tisk porovnává s obráběním vlastními silami a s externím dodavatelem.

Obr. 1: Podívejme se na příklad úspor u zakázkově vyrobeného dílu pro český provoz známé mezinárodní vstřikolisovny. U montážního přípravku obsluhy vstřikolisu, původně z oceli, zamrzly externí dodávky. Bylo nutné rychle vyrobit 50 kusů jinak. Osvědčil se kompozit se spojitou výztuží (technologie Markforged), který ani při kontrole po více jak čtyřech měsících stále nejevil jakékoli známky poškození. A kdyby si takový díl vytiskli sami pod vlastní střechou, přišel by je jeden díl na materiálu dokonce na pouhých 55 Kč.
Obr. 1: Podívejme se na příklad úspor u zakázkově vyrobeného dílu pro český provoz známé mezinárodní vstřikolisovny. U montážního přípravku obsluhy vstřikolisu, původně z oceli, zamrzly externí dodávky. Bylo nutné rychle vyrobit 50 kusů jinak. Osvědčil se kompozit se spojitou výztuží (technologie Markforged), který ani při kontrole po více jak čtyřech měsících stále nejevil jakékoli známky poškození. A kdyby si takový díl vytiskli sami pod vlastní střechou, přišel by je jeden díl na materiálu dokonce na pouhých 55 Kč.

Externí dodavatelé zajišťují sami vše potřebné pro výrobu dílu, za služby na míru vaší poptávce si pak účtují náležitý příplatek. Není výjimkou, pokud za stejný díl zaplatíte až 2,5násobek při externí dodávce, než kdybyste si ho vyrobili pod vlastní střechou. Relativní pohodlí dodávky na klíč je vykoupeno také prodloužením dodacích lhůt s ohledem na poptávkové řízení, přepravu, vstupní kontroly apod. To může značně narušit plynulost vašeho vývoje. Dodací lhůty se zde protahují na dny i týdny při každém postupném vylepšení návrhu.

Obrábění pod vlastní střechou je v Česku velmi oblíbené. Cenu zde určují především náklady na provoz stroje, cena materiálu a pravidelná údržba. Nejvýznamnější jsou náklady na provoz stroje, včetně obsluhy. Pokud byste počítali náklady na hodinu práce vašeho specialisty třeba na 1 600 korun, a že mu návrh, nastavení, naprogramování dráhy nástroje a vlastní obrábění dílu zaberou pět hodin, jen na práci je potřeba vynaložit 8 000 korun. Materiál a údržba u stejného dílu přitom mohou vyjít cca na 200 až 1 400 korun v závislosti na materiálu a stavu stroje.

3D tisk vlastními silami je často nejvýhodnější metodou výroby pod vlastní střechou. Zůstaňme s příkladem u odolných kompozitů se spojitou výztuží, které stále častěji nahrazují právě obráběné součásti, a to i ze slitin hliníku. 3D tisk vyžaduje především jednorázovou investici do technologie a opakující se náklady na spotřební materiály, údržba bývá u spolehlivých tiskáren relativně zanedbatelná. I když mohou být materiály pro 3D tisk dražší než ty tradiční, vzniká násobně méně odpadu a díly z mnoha technologií aditivní výroby často nevyžadují následné obrábění ani složitější, extra zajišťované dodatečné práce. Na tiskárnu přitom konstruktéři posílají rovnou 3D model dílu, bez potřeby zdlouhavé přípravy tradiční technické dokumentace.


Obr. 2: Odolné výtisky z kompozitů se spojitou uhlíkovou výztuží dnes stále častěji nahrazují obráběné díly z hliníku – při podpoře výroby, pro funkční nástroje i koncové díly. Vytisknout je pohodlně může sám konstruktér do druhého či třetího dne. Pomáhají výrazně zkrátit vývojový cyklus. Na snímku vidíte díly v samozhášivém provedení (materiál Markforged Onyx FR s karbonem).

Bod zvratu

Chcete-li se jednoduše dobrat doby potřebné k dosažení návratnos­ti, vezměte výrobní náklady vaší současné technologie a odečtěte náklady na 3D tisk stejného dílu. Vyčíslíte úspory. Potom vezměte cenu 3D tiskárny, vydělte ji úsporou a zjistíte počet dílů, které musíte vyrobit, aby se vám investice do tiskárny vrátila. Příklad kalkulace vychází z praxe u kompozitních výtisků technologií Markforged:

  • 15 410 (cena za obrobený díl) – 2 760 (cena za vytisknutý díl) = 12 650 Kč (úspora na dílu)
  • 2 300 000 (cena tiskárny): 12 650 (dělení úsporou na dílu) = 182 dílů (k dosažení návratnosti)
  • 12 h/díl (doba tisku) → 10 dílů/týden (kapacita) → 19 týdnů i s rezervou k dosažení bodu zvratu

Vliv na podnikání

Nezapomínejme, že cena dílu není jediné kritérium. Aditivní výroba ve firmě přináší řadu dalších výhod pro podnikání, které často převažují pouhé úspory na dílu. Schopnost inženýrů, konstruktérů a techniků získat funkční díly tentýž nebo následující den znamená, že váš tým může rychleji reagovat a vylepšovat, přinášet řešení připravená na míru a zdokonalovat návrhy v řádu dnů namísto měsíců. Nehledě na pružnou podporu výroby třeba v údržbě.


Obr. 3: Jednou ze stěžejních výhod 3D tisku je výroba dílů přímo tam, kde jsou třeba – a až je jich třeba. Šetří to složitou logistiku i skladování dílů metodou „co kdyby byly jednou rychle potřeba“. Vznikla dokonce 3D tiskárna kompozitů v polní edici, kterou využije nejen moderní armáda, ale i výrobní průmysl v odloučených provozech s nedostatečným zázemím. Na snímku je tiskárna Markforged X7 Field Edition, kterou na jaře představil 3Dwiser na brněnském veletrhu IDET.

Úplně všechno sami tisknout nemusíte

Vybíráte-li svou první tiskovou technologii, nepodléhejte nereálné naději, že s ní vyrobíte úplně vše. Naopak, hledejte aplikace, na kterých se vám investice brzo vrátí. Díly nárazově poptávané z dalších skupin materiálů, příliš velké součásti a podobně si můžete nechat tisknout externě – a teprve až se vám to vyplatí, pořídit další tiskárnu. Aditivní výrobu navíc můžete snadno rozšiřovat podle toho, jak se vyvíjí vaše podnikání. Na rozdíl od tradičních technologií zde také není problém změnit od dalšího dne výrobu či tisknout každý kus jako originál.

Komu se 3D tisk vyplácí nejvíc?

Pokud chcete dostat z 3D tisku maximum, nestačí jen technologii dostat pod vlastní střechu a učit se tisknout standardní díly z vaší předchozí produkce. Nejvíce se aditivní výroba vyplácí tam, kde se naučí navrhovat pro zvolenou technologii a skupinu materiálů. I drobná optimalizace tvaru dílu, umístění na tiskovou podložku či vol­ba materiálu umí 3D tisk výrazně zrychlit a zlevnit. Dokážete pak při­ná­šet lépe přizpůsobené výrobky dříve na trh. Česká praxe to doklá­dá na nespočtu konkrétních příkladů. Mnohde si – bez jakéhokoli přehánění – už výrobu bez 3D tisku vůbec nedokážou představit.

Tomáš Vít
Autor je managing consultant ve společnosti 3Dwiser.
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.


Inzerce

Mějte reálná očekávání a nepřeceňujte síly!

IT Systems 1-2/2024V prvním letošním vydání IT Systems narazíte hned několikrát na téma umělé inteligence. Nezajímá nás ovšem, jak hezké obrázky už dokáže AI vygenerovat. Zabýváme se raději uplatněním AI v oblasti e-commerce a logistiky. Podíváme se také, jak AI mění zákaznické linky a jak dokáže zvýšit produktivitu zaměstnanců a zrychlit interní procesy.