Témata

Mezi nejnovějšími technickými směry, kterým bezesporu patří budoucnost, má své výsostné místo také aditivní technologie, známá spíše pod lidovějším označením 3D tisk.

Tento článek je součástí seriálu:
Budoucnost začíná dnes
Díly
Karel Sedláček

Celý život se věnuje popularizaci vědy a techniky. Promoval na Fakultě sociálních věd UK v Praze. 
V letech 1960 až 1968 pracoval v plzeňském rozhlasovém studiu, potom až dokonce roku 1989 byl nejprve redaktorem pro vědu a techniku a později zástupcem šéfredaktora deníku Svobodné slovo. Po krátkém působení jako šéfredaktor nakladatelství Melantrich byl redaktorem a hlasatelem Rádia Svobodná Evropa až do ukončení vysílání české redakce v roce 2002. Externě spolupracoval s celou řadou českých a slovenských odborných časopisů a s Českým rozhlasem.  
Vědeckotechnická témata popularizoval v knihách Laser v mnoha podobách (Praha, 1982), Pod šifrou 2001 (Praha 1984), Atom skrývá naději (Praha 1987 - spolu s Janem Tůmou). Historii unikátní rozhlasové stanice shrnul v knize Volá Svobodná Evropa (Praha 1993). Vzpomínky na konec komunistického režimu ve Svobodném slově a vydavatelství Melantrich obsahuje publikace Balkon, fenomén listopadu 1989 ( Praha 2010 - spoluautor Milan Nevole). Události okupace Československa v srpnu 1968 přibližuje publikace Vzpomínky na Plzeň – Čas lámání chleba a charakterů (Praha 2011). V roce 2018 vydal soubor cestopisných reportáží a fejetonů Toulky s Karlem Amerikou.

I když má za sebou už dvacetiletý vývoj, teprve v posledních třech letech se jí dostalo – díky rozvoji elektroniky – větší publicity. Některým zkušeným technikům dokonce lezou články o těchto tiskárnách na nervy, pokládají ji za hračku. Záběr uplatnění 3D tisku je stále širší a tím, že nezasahuje pouze průmyslovou sféru, ale také školství, zdravotnictví, módu a gastronomii, stává se bližší i technicky méně vzdělaným lidem.

Vývoj se zaměřuje na tři základní oblasti: tiskárny a jejich příslušenství, tiskařské materiály a aplikace 3D tisku. To znamená, že tiskárny jsou stále menší a menší nebo naopak stále větší, podobně jako skenery, rychle se vyvíjí potřebný software a samozřejmě také tiskařské materiály. Díky tomu se tato technologie prosazuje doslova ve všech oblastech. Nejde jen o to, že nahrazuje některé klasické technologie, ale o to, že nabízí zcela nová řešení.

Nasazením několika laserových zdrojů, jejich vyššími výkony a rychlejším nanášením materiálů se aditivní technologie začínají uplatňovat stále častěji také v sériové produkci. Nechceme si dělat iluze, že v budoucnu půjde všechno vytisknout, ale paleta využití je stále pestřejší.

Technologie tisku 3D totiž odpovídají současným trendům – digitalizaci a individualizaci produkce. Tím se mění i systém průmyslové výroby a vlastně celých továren, které budou moci rychleji a přesně reagovat na přání a potřeby zákazníků.

Na začátku produkčního řetězce tak stojí modely 3D-CAD a jejich analýzy konstrukční i ekonomické. Tím se podstatně snižují problémy s výrobou prototypů a současně se optimalizuje výroba jednotlivých součástek či celých dílů. Výhodná je také kombinace s tradiční strojírenskou výrobou.

Masivnímu rozšíření 3D tisku ve strojírenství brání několik překážek. Jednou z hlavních je nedůvěra. Ale tu se postupně daří překonávat, protože stabilita, dobrá opakovatelnost výroby při zachování kvality patří k hlavním přednostem 3D technologie.

Airbus Thor

Na červnové letecké výstavě ILA v Berlíně vzbudil velkou pozornost létající objekt vyrobený na tiskárně 3D. Úmyslně jej tak nazývám, protože to v pravém slova smyslu nebylo letadlo, ale ani dron.

Letecký evropský koncern Airbus jej nazval Thor. Tento první plně funkční produkt z 3D tiskárny odborníky leteckého průmyslu doslova elektrizoval, protože naznačuje převrat ve výrobě letadel. Podstatně totiž snižuje náklady.

Bezokenní Thor se svou délkou 4 metry, rozpětím křídel 3,5 m a hmotností 21 kg se mezi dvěma giganty A 380 poněkud krčil, ale přesto přitahoval pozornost. Není určen pro přepravu cestujících a připomíná zvenku tak trochu lepší letecký model. Ty se ostatně už běžně tisknou v zařízeních 3D.

„U Thoru se jedná o test, co již dnes technika 3D umožňuje,“ říká Detlev Konigorski z vývojového oddělení Airbusu. „Zde poprvé demonstrujeme nikoliv tisk jednotlivých částí, jež se později při montáži spojí, ale vytištění celého objektu z polyamidu.“ Přidává se pouze elektronika, motor a řídicí systém, takže se let snadno a dobře ovládá ze země. K prvnímu testovacímu letu došlo ve vší tichosti už loni a letos je naplánováno 18 zkušebních startů.

Na výstavě ILA se těšil velkému zájmu vytištěný Thor.

Směrovka vývoje

Produkce z 3D tiskáren je v letecké branži ještě v plenkách, ale Thor naznačuje cestu dalšího vývoje.

I když průmyslový tisk celých letadel je ještě hudbou budoucnosti, sbírají výrobci tiskáren i letadel pilně první zkušenosti.

Ostatně Airbus i jeho americký konkurent Boeing využívají při výrobě letadel typu A350 a 787 Dreamliner některé části vytištěné v tiskárnách 3D. Vytištěné součástky mají proti klasickému odlévání velkou výhodu například v tom, že už nemusejí být dál nijak obráběny a mohou být okamžitě namontovány. Tato technologie také umožňuje snížení hmotnosti kovových částí o 30 až 50 procent. Lehčí objekt spotřebuje méně kerosinu a jeho provoz je tedy levnější.

Mezi přednosti patří také skutečnost, že součásti se například nevystřihují z ocelových plechů, nevzniká tedy žádný odpad. Počítač totiž vypracuje program, podle nějž tiskárna nanáší materiál na sebe vrstvu na vrstvu, takže výsledkem je součástka přesně podle stanovených rozměrů.

Ovšem objevují se i varovné hlasy. Například vědci z Carnegie Mellon University v Pittsburghu (stát Pennsylvánie) provedli řadu pokusů a došli k závěru, že titanové součástky vyrobené ve 3D tiskárně jsou poréznější proti těm vyrobeným klasicky, tudíž jsou křehčí a náchylnější ke zlomu.

Podle průzkumu digitálního svazu Bitkom, jehož se zúčastnila asi stovka manažerů z leteckého odvětví, se 70 % účastníků ankety domnívá, že do roku 2030 se například náhradní díly na letadla budou tisknout přímo na letištích. A dobrá polovina z nich věří, že se tak brzy budou vyrábět i velké části letadel.

US ARMY zkouší helikoptéru

V době uzávěrky tohoto vydání jsme marně očekávali výsledky testovacího letu helikoptéry amerického námořnictva Boeing V-22 Osprey, jež je vyrobena z mnoha vytištěných součástek. Projekt probíhá už tři roky a jako materiál slouží slitina titanu a hliníku. Test organizuje Naval Air Systems Command (NavAir).

Současný americký ministr obrany Ash Certer oznámil, že na vývoj 3D technologií pro armádní účely zvýší rozpočet pro rok 2017 z 66 na 72 miliard dolarů. To je dvojnásobek toho, kolik na civilní vývoj této techniky vynakládaly v roce 2014 dohromady Apple, Intel, Google a jeho mateřský koncern Alphabet.

Nejrychlejší dron

Na leteckém veletrhu Dubai Airshow představila firma Stratasys unikátní novinku: největší a nejrychlejší dron kompletně vytištěný jejich 3D tiskárnou, který dosahuje rychlosti 150 km.h-1. Prototyp vznikl ve spolupráci se společností Aurora Flight Science.

Letadlo bez posádky má rozpětí křídel 3 m a váží jen 15 kg. Asi z 80 % bylo vyrobeno aditivní technologií.

Největší a nejrychlejší dron kompletně vytištěný 3D tiskárnou

Letadlo perfektně demonstruje unikátní možnosti této technologie v letectví,“ říká, jeden z manažerů firmy Stratasys. „To znamená především využívání různých materiálů používaných v 3D tiskárnách v nových konstrukčních a výrobních postupech.“

Pro Auroru jako producenta letadel znamená nová technologie optimalizaci produkce, odlehčení konstrukce čili snížení hmotnosti a také nákladů, tzn. ekonomický přínos. Doba výroby se díky 3D tiskárně zkrátila o 50 procent.

Společnost Stratasys s centrálami v Minnesotě (USA) a v Rehovotu (Izrael) se věnuje technologiím 3D tisku už více než 25 let. Má 3 000 zaměstnanců a výsledky jejího vývoje a výzkumu chrání asi 800 patentů. Tiskárny firmy Stratasys spojují to nejlepší z technologií PolyJet a FDM. Široká materiálová škála zahrnuje materiály průhledné, materiály imitující gumu, biokompatibilní fotopolymery a také vysoce odolné termoplasty. Všechny tyto možnosti přispívají k maximalizaci výhod 3D tisku během vývoje nových produktů a součástí.

Technologie FDM patentovaná firmou Stratasys je založena na nanášení produkčních termoplastů. Výsledné součásti z materiálů jako ABS, PC nebo ULTEM jsou pevné, odolné a přesné i po opakovaném zatěžování. Ideální využití nacházejí při výrobě koncepčních modelů, prototypů, nástrojů, ale i koncových součástí.

Také NASA vyvíjí

Americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku (NASA) je vždy u vývoje nejmodernějších technologií a stejně je tomu i v případě tiskáren 3D. Připomeňme, že na kosmickou stanici už malou tiskárnu poslal.

Jeho aktivita je v tomto směru široká, a tak vybíráme projekt stážistů a inženýrů NASA v centru Ames Research Center v Moffett Fieldu v Kalifornii a studentů univerzity v Los Angeles (UCLA). Vyvíjejí bezpilotní vzdušné dopravní prostředky (UAV). Na trupy přidávají elektrické motory, vrtule a baterie, aby se zlepšil výkon. Prodloužením křídla zvyšují aerodynamickou účinnost a pomáhají prodloužit dobu letu. Mnohé součástky jsou vyrobeny technologií 3D. Zvláště se tento postup osvědčil při konstrukci křídla.

Základem nového dronu je starší Dragon Eye, který sloužil Americké námořní pěchotě v San Francisku. Tím, že nepotřebuje pohonné hmoty, nejen že neznečisťuje životní prostředí, ale může se vydat i do nebezpečných oblastí. Například v kráterech sopek může odebírat vzorky sopečného popela a plynových emisí.

Také NASA využívá technologie 3D

Boeing má patent

Velký rozruch vzbudila zpráva, že Boeing nedávno přihlásil patent na nové řešení 3D tisku. Nese totiž název Free-Form Spatial 3-D Printing Using Part Levitation.
Jak tedy z názvu vyplývá, jde o proces, při kterém se vytvářejí 3D objekty vznášející se v magnetickém poli. Diamagnetický materiál se nanáší nejen z různých směrů, ale i na „plovoucí“ objekty, které Boeing nazývá nugety, jež rotují v libovolném úhlu. Toto je unikátní řešení. Základem dosavadního postupu je nanášení tekutého materiálu čili tištění jednotlivých vrstev materiálu na sebe.


Tato unikátní novinka má všechny předpoklady zcela změnit dosavadní možnosti 3D technologie a otevírá jí nové perspektivy.

Něco navíc...

Doporučujeme zhlédnout video, které představuje technologii 3D tisku objektu vznášejícího se v magnetickém poli.

Související články
MM Podcast: Každé vítězství má svůj příběh

Olga Girstlová byla v 90. letech nepřehlédnutelnou součástí vznikajícího podnikatelského prostředí tehdejšího Československa. Společně se svým otcem a manželem založili v květnu 1990 společnost GiTy. Vsadili na komoditu s obrovským potenciálem technologického růstu. Po 15 letech manželé Girstlovi však dospěli k rozhodnutí společnost prodat a dále se věnovat jiným komoditám, jako například ekologickému stavitelství. 

CIMT 2021 plně prezenční

Zatímco je celý svět paralyzovaný restrikcemi proti šíření koronaviru covid-19, v Pekingu byl dnes zahájený veletrh obráběcích a tvářecích strojů China International Machine Tool Show CIMT 2021 v plné prezenční formě a téměř shodného rozsahu, jako ročníky předešlé. Ve stejný den a po celý týden, jako Hannover Messe Digital Edition – průmyslový veletrh v plně digitální platformě.

Hannover Messe 2021

Inovace, vytváření sítí a sdílení zkušeností ve věku průmyslové transformace – to jsou klíčová motta, která představují letošní ročník digitálního Hannover Messe, na kterém více než 1 800 vystavovatelů představí svá řešení pro výrobu a energetické systémy budoucnosti. Od umělé inteligence po robotiku, od ochrany klimatu po vodík. Nejdůležitější světový průmyslový veletrh plní svoji roli jako inovační a síťová platforma a vytváří uprostřed koronové pandemie globální platformu pro výměnu zkušeností v době průmyslové transformace.

Související články
MM Podcast: Glosa - God Save the Queen

V naivní představě ekonomického perpetuum mobile zaměstnáváme v poměru k reálné ekonomice nejvyšší počet lidí ve státní a veřejné správě v rámci nejrozvinutějších zemí OECD. Rakovinotvorný rozbujelý a nevýkonný úřednický aparát, vědomě bojkotující vznik e-státu, dokonale paralyzuje správu věcí veřejných. A jeho solidarita s aktuálně zdecimovaným privátním sektorem? Home office na 100 % mzdy, její valorizace, statisícové odměny na MF za ušetřené miliardy (…). 

Související články
V hlavní roli strojař

Fakulta strojní VŠB-TUO se pro letošní rok v rámci náborové kampaně vrací k úspěšné sérii V hlavní roli strojař. Kampaň komunikuje myšlenku, že strojaři jsou hvězdy hrající hlavní roli v moderním světě. Jejím cílem je zlepšit vnímání oboru strojírenství, posílit brand fakulty, a samozřejmě také nalákat uchazeče ke studiu strojařiny.

Chytrá kombinace systémů

Vývoj obráběcích technologií v minulém století nabral na obrátkách. Dnes jsme tuto technologii dotáhli téměř k dokonalosti – jsme schopni vyrobit předměty libovolných tvarů v přesnostech na tisíciny milimetru. Dalo by se říct, že pro zlepšení zde už příliš prostoru nezbývá, přesto nás přední výrobci obráběcích strojů a nástrojů pravidelně přesvědčují o opaku. Progresivní a inovativní přístup společnosti Ceratizit je toho jen dalším důkazem. Nedávno na trh uvedla přesnou vyvrtávací hlavu Komflex z produktové řady Komet, která umožňuje automatickou korekci průměru v případě vyvrtávání přesných otvorů. Jak to nástroj dokáže, upřesňuje v následujícím rozhovoru technický ředitel společnosti Ceratizit Česká republika Ing. Jan Gryč.

MSV ve znamení materiálů i technologií

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro Mekku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, mimo lidi z dalších oborů, setkají i výrobci plastů a též špičkových zařízení pro plastikářskou výrobu. Na naše otázky odpovídají Pavel Tuláček, jednatel společnosti Gorilla Machines, a David Svoboda, jednatel Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery Česko.

Aditivně s nadzvukovou rychlostí

Společnost Hermle je známá především pro svá přesná pětiosá obráběcí centra a nadstandardní servis. Už málokdo ví, že vyvinula také stroj pro aditivní výrobu kovových dílů. Přestože je i tato technologie založena na postupném vrstvení kovového prášku na součást, nedochází zde ke spékání prášku laserovým paprskem, ale kovový prášek je tryskou doslova nastřelován na díl nadzvukovou rychlostí. Na detaily jsme se zeptali technického zástupce společnosti Hermle Pavla Němečka.

Názorové fórum odborníků

Respondenty jsme požádali o jejich názor na podobu budoucích technologií. Současná situace přinesla mnoho omezení, mezi jinými postihla také dodavatelské řetězce, znemožnila včasné dodávky do výrobních podniků a přinesla vyšší nároky na bezpečnost zaměstnanců. Jaké nové technologie podle vás mají v současné situaci největší potenciál se prosadit?

Svařování mědi pomocí vláknového laseru

Rychlý rozvoj v oblasti elektromobility vede ke zvýšení poptávky po svařování mědi. To, co ji činí pro danou aplikaci ideální (tj. vysoká elektrická a tepelná vodivost), ji zároveň činí obtížně svařitelnou konvenčními vláknovými lasery. Díky vyšší efektivitě, zhruba dvojnásobné, někteří výrobci zkoušejí používat zelené pevnolátkové lasery. Výsledkem je stabilnější a méně citlivý proces, než jaký byl možný u standardních vláknových laserů.

Procesně stabilní zpracování recyklátů

Do roku 2025 si Evropská unie klade za cíl ročně více než zdvojnásobit používání recyklátů při výrobě plastových výrobků [1, 2]. K dosažení tohoto cíle jsou kromě závazku firem působících na trhu a vyšší kapacity při zpracování plastového odpadu zapotřebí především nové technologie zpracování. Recykláty je nutné používat v daleko větší míře a v ještě vyšších poměrech. S novými procesy vstřikování na jedné straně a inteligentní podporou na straně druhé sleduje výrobce vstřikovacích strojů Engel různé a často velmi slibné přístupy. Výroba boxů a kontejnerů ukazuje na velký potenciál.

Uplatnění kovového 3D tisku

Společnost Misan z Lysé nad Labem se aditivními technologiemi kovových dílů zabývá a tato zařízení v České republice distribuuje už osm let. Dalo by se říct, že je jedním z průkopníků s těmito technologiemi na českém trhu. Z toho pochopitelně vyplývají také její bohaté zkušenosti s touto relativně mladou výrobní disciplínou. Na otázky, kde tyto technologie nacházejí uplatnění a v jakých oblastech mohou vyniknout, jsme se ptali aplikačního inženýra pro kovové aditivní technologie Jana Hudce.

Aditivní výroba velkých dílů

Porto patří k největší průmyslové oblasti Portugalska. Od roku 1956 zde sídlí přední světový výrobce strojů technologie tváření – společnost Adira.

Fórum výrobních průmyslníků

Jaké zásadní problémy vám současná doba přináší do chodu firmy, jak se je snažíte řešit a s jakým výsledkem?

Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členy naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit