Tiskárna 3D není hračka

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.