Témata
Zdroj: Protolab

High-tech laboratoř 3D tisku v Ostravě

Nejlépe vybavené 3D tiskové centrum v České republice a na Slovensku z hlediska infrastruktury se nachází na Vysoké škole báňské – Technické univerzitě Ostrava. V rámci realizace projektů, spolupráce s praxí a výuky se věnuje 3D tisku v několika rovinách, které představuje v následujícím článku.

Reklama

Fakulta strojní zajišťuje na úrovni bakalářského studia výuku studijního programu Strojírenství. V tomto programu je devět specializací. S ohledem na rozvoj 3D tisku a jeho využití v praxi bude v blízké době pro studenty dostupná nová specializace Aditivní technologie. Studenti získají širší povědomí a znalosti o 3D modelování, 3D skenování a reverzním inženýrství. Vzhledem k trendům snižování váhy dílů se naučí základy topologické optimalizace a osvojí si navrhování bionických konstrukcí a moderní design. K výuce jsou používany softwary SolidWorks, Inventor, 3DExperience, MSC Software Simufact Additive, Materialise Magics, Autodesk Netfabb, Renishaw QuantAM, MSC Digimat a Geomagic DesignX.

Reklama
Reklama

Z praktického hlediska absolvují studenti jeden semestr v laboratořích, kde se učí základy obsluhování profesionálních 3D tiskáren pro výrobu modelů z kovů, polymerů a kompozitních materiálů. Z dostupných 3D tiskáren lze jmenovat Renishaw AM400 a Renishaw AM500E, EOS P396 a EOS P110, Trumpf TruPrint1000, Markforged Mark X7, Ultimaker S5, Trilab DeltiQ, Formlabs Form3 a Original Prusa I3 MK3S. Pro 3D skenování je k dispozici skener HandyScan Black od společnosti Creaform.

Trendy 3D (bio)tisku a 4D (bio)tisku spočívají ve vývoji progresivních materiálů s multifyzikálními vlastnostmi a biokompatibilitou. (Zdroj: VŠB-TU Ostrava)

Nová specializace bude obsahovat předmět zaměřený na praktické studie jako inspiraci pro další kreativní myšlení. Na bakalářské studium bude navazovat magisterské studium, kde budou znalosti o 3D tisku prohloubeny o teoretické poznatky z hlediska volby materiálů a materiálových vlastností a technologické procesy, které následují po 3D tisku: obrábění, svařování, povrchové úpravy, destruktivní a nedestruktivní zkoušení, technická kontrola a měření a další problematiky, které mají přímou aplikační návaznost. Samozřejmostí je výuka v anglickém jazyce pro zahraniční studenty.

Strukturální analýza modelu 3D tisku kovů v MSC Software Simufact Additive. (Zdroj: VŠB-TU Ostrava)

Spolupráce s praxí

Provázanost vědy, výzkumu a výuky jde ruku v ruce s praxí. Napříč celou univerzitou probíhá spolupráce s desítkami firem, pro které univerzita realizuje hospodářskou činnost. Tato spolupráce se řeší přímo nebo prostřednictvím projektů (například Inovační voucher). Jedná se zejména o prototypovou výrobu 3D součástí do automobilového průmyslu, strojírenství a potravinářství a 3D skenování. Součástí služeb jsou také školení a odborné konzultace.

Topologicky optimalizovaný dron z dílny Protolabu. (Zdroj: Protolab)

Část výzkumu se navíc věnuje rozvoji spolupráce na nových práškových materiálech s unikátním chemickým složením pro 3D tisk. Cílem je ze sintrovaného kovového prášku vyrábět součásti do leteckých motorů – i navzdory tomu, že současná epidemiologická situace postihla letectví v nemalé míře. Hlavním směrem je vývoj nových materiálů odolávajících vysokým teplotám s dlouhodobou korozní odolností.

Věda, výzkum a projekty TAČR, GAČR, OP PIK a OP VVV

Na výsledcích vědy a výzkumu se podílí rozsáhlý realizační tým sestávající z členů z celé univerzity ve spolupráci se zahraničními institucemi – Polytechnikou Slaskou v Gliwicích, Žilinskou univerzitou v Žilině a německou výzkumnou organizací Fraunhofer-Gesellschaft. Tato mezinárodní spolupráce řeší nová technologická řešení 3D tisku kovů a kompozitních materiálů v rámci projektu Inovativní a aditivní technologie výroby (R. č.: CZ.02.1.01/0.0/0.0/17_049/0008407), který je spolufinancován z prostředků Evropských strukturálních a investičních fondů, státního rozpočtu České republiky a VŠB-TU Ostrava. Dosavadní výsledky jsou z větší části publikovány formou open access a přehled výsledků je dostupný na webu Inovativní a aditivní technologie výroby. Stránka obsahuje i přehled bakalářských, diplomových a dizertačních prací.

3D tištěná hydraulická kostka. (Zdroj: Protolab)

Ze zajímavých studií, které mají přesah do praxe, lze zmínit například studii A Review of Vat Photopolymerization Technology: Materials, Applications, Challenges and Future Trends of 3D Printing, publikovanou v časopise Polymers. Jedná se o přehled tiskových technologií pomocí fotopolymerizace. V příspěvku jsou popsány technologie SLA, DLP a CDLP/CLIP, jejich výhody, nevýhody a dostupné materiály včetně materiálových vlastností. Trendy ve fotopolymerizaci lze sledovat ve výrobě superhydrofobních modelů, soft robotů, aktuátorů, chytrých kompozitů, 3D tisku s pomocí počítačové tomografie, 3D biotisku (živé tkáně), 4D tisku (schopnost měnit tvar vlivem prostředí, například tepla) a 3D nanotisku.

V technické zprávě Prediction of Model Distortion by FEM in 3D Printing via the Selective Laser Melting of Stainless Steel AISI 316L (publikováno v časopise Applied Sciences) se zabýváme predikcemi napětí a FEM analýzou topologicky optimalizovaného dílu s bionickou konstrukcí z korozivzdorné oceli 316L. Zpráva obsahuje podrobný popis postupu simulace, analýzy a predikcí napětí v softwarech MSC Software Simufact Additive a ANSYS Addictive Suite a srovnání s realitou. Tato studie má praktické opodstatnění, jelikož lze předem určit, jak se bude součást deformovat během 3D tisku a po odřezání součásti ze stavební desky. S počítačovou podporou je možné digitální model předdeformovat tak, aby měl po výrobě požadovaný tvar.

Tisková farma v době covidu, kdy se laboratoř zapojila do pomoci v podobě tisku čelenek pro ochranné štíty. (Zdroj: Protolab)

Některé výzkumné záměry jsou řešeny v návaznosti na studentskou formuli. Proto se na realizaci experimentů podílejí také sami studenti. Zmínit lze třeba studii On Aluminum Honeycomb Impact Attenuator Designs for Formula Student Competitions, která se zabývá problematikou tlumičů nárazů z hliníkové slitiny s voštinovou úpravou.

Výsledkem výzkumu 3D tisku korozivzdorné oceli 316L je několik publikací zaměřujících se na korozní vlastnosti s aplikací pro výrobu implantátů (Complex Corrosion Properties of AISI 316L Steel Prepared by 3D Printing Technology for Possible Implant Applications). Studie Analysis of Welded Joint Properties on an AISI316L Stainless Steel Tube Manufactured by SLM Technology se zabývá svařitelností tištěné oceli. Výzkum snižování pórovitosti vlivem tepelného izostatického lisování byl shrnut v článku Effect of Hot Isostatic Pressing on Porosity and Mechanical Properties of 316 L Stainless Steel Prepared by the Selective Laser Melting Method. Všechny výsledky byly publikovány online v časopise Materials.

Další užitečné projekty

Mezi další zajímavé projekty lze zařadit vývoj adaptabilní polomasky s virucidními a baktericidními nanofiltry. Výzkum a vývoj na adaptabilní polomasce spočívá v nanotextilii s unikátním povlakem, který bude permanentně regenerovatelný působením denního světla. Realizaci projektu podporuje TAČR.

Projekt Customizovaná vložka pro lyžařskou helmu s využitím generativní konstrukce a aditivní výroby se zabývá automatizovaným výpočtem speciální mikroprutové struktury, která vyplňuje lyžařskou helmu. Výhodou helmy je věrná kopie hlavy konkrétního uživatele pořízená 3D skenerem.

Provázanost vědy, výzkumu a výuky jde na VŠB-TUO ruku v ruce s praxí. Napříč celou univerzitou probíhá spolupráce s desítkami firem, pro něž univerzita realizuje hospodářskou činnost.

V rámci Národního centra kompetence mechatroniky a chytrých strojírenských technologií pro strojírenství se univerzita podílí na vývoji řezných nástrojů vyráběných 3D tiskem a robotickým 3D skenováním. Zajímavý je i záměr 3D tisku navařováním metodou WAAM (Wire and Arc Additive Manufacturing). Projekt podporuje TAČR.

Výzkum nízkocyklové únavy a deformačního zpevnění je realizován v rámci projektu Vliv komplexních a cyklických módů zatěžování na životnost strojních součástí vyrobených metodou 3D tisku. Na projektu se spolu s VŠB-TU Ostrava podílí Fakulta strojní ČVUT v Praze, Ústav termomechaniky AV ČR a společnost Comtes FHT.

Centrum 3D tisku Protolab, VŠB-TU Ostrava, Fakulta strojní, se představuje

Podněty k výzkumu v oblasti 3D tisku neposkytují pouze firmy a partneři v projektech. Ozývají se i další univerzity s ohledem na profesionální infrastrukturu ostravské laboratoře Protolab. Momentálně je rozvíjena spolupráce s Univerzitou v Pardubicích, Fakultou chemicko-technologickou, a to konkrétně v oblasti 3D tisku polymerů technologií Selective Laser Sintering. Cílem spolupráce je výzkum povrchových úprav, povlakování, pokovování, hodnocení smáčivostí, parametrů drsností povrchu a mechanických vlastností.

Související články
Vzdělání pro šanci na úspěch II

Kvalitní technické vzdělání představuje dnes naději nejen pro zemi, která je schopná ho svým lidem zajistit, ale především pro mladé lidi samotné. Jen díky němu máme šanci nebýt pouhou montovnou a naši lidé špatně placenými vazaly západního světa. Proto vám v našem novém třídílném seriálu přinášíme hlubší vhled do jedné z našich nejkvalitnějších technických univerzit VŠB – Technické univerzity Ostrava, konkrétně do její Fakulty strojní. Postupně dáme v našem časopisu slovo vedoucím všech jejích kateder a děkanovi fakulty. Věříme, že pro mnohé z vás mohou být jejich slova inspirací…

Vzdělání pro šanci na úspěch

Kvalitní technické vzdělání představuje dnes naději nejen pro zemi, která je schopná je svým lidem zajistit, ale především pro mladé lidi samotné. Jen díky němu máme šanci nebýt pouhou montovnou a naši lidé špatně placenými vazaly západního světa. Proto vám v našem novém třídílném seriálu přinášíme hlubší vhled do jedné z našich nejkvalitnějších technických univerzit – VŠB – Technická univerzita Ostrava, konkrétně do její Fakulty strojní. Postupně dáme v našem časopise slovo vedoucím všech jejích kateder a vedení fakulty. Věříme, že pro mnohé z vás mohou být jejich slova inspirací…

Od těžkého průmyslu k chytré továrně

Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie při Fakultě strojní na VŠB-TU Ostrava se doslova mění studentům před očima (tedy pokud by ji mohli navštěvovat, což všichni pevně věříme, že nastane od září). Vizitku moderního vzdělávacího pracoviště nyní vedle nejlépe vybavené laboratoře aditivních technologií v České republice dotváří také nová hala obrábění, která je postupně doplňována o smart technologie, podporující monitoring strojů a sběr dat. Tyto aktivity jdou ruku v ruce s přípravou na realizaci multidisciplinárního projektu Smaragd (Smart and Green District) za cca čtyři miliardy korun. Ten zahrnuje mj. také vizi o tzv. živé laboratoři či angl. Campus Living Lab, obsahující veškeré prvky chytré digitální továrny, jež by měla vzniknout ve spolupráci Fakulty strojní a Fakulty elektrotechniky a informatiky.

Související články
Od vydavatelství po startupy

Jiří Hlavenka není pro mnoho lidí neznámou osobností. Jde o člověka, který stál u zrodu vyda-vatelství i nakladatelství Computer Press a později i u prvního interaktivního webu o počítačích a počítačových technologiích, kde se neznalci mnohdy dozvěděli i odpověď na svou otázku. Jiří Hlavenka se ale v současné době věnuje investování do projektů, které mají smysl, a tak jeho jméno figuruje především u webu Kiwi.com, který vám najde - třeba i na poslední chvíli - nejlepší a nejlevnější letecké spojení kamkoli. Někdy může let po více "mezidestinacích" sice trvat déle, ale vždy se můžete spolehnout na to, že doletíte tam, kam jste si vysnili nebo kam potřebujete dolétnout.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Fórum děkanů strojních fakult

Uveďte prosím stěžejní exponát, který bude vaše fakulta na MSV v Brně prezentovat a proč se škola rozhodla právě pro něj?

Firmy oceňují studentskou mezioborovou spolupráci

Už po patnácté se na Západočeské univerzitě v Plzni uskutečnil ojedinělý výukový projekt DESING, v němž studenti z několika zdejších fakult pracují v multioborových týmech na tématech zadaných průmyslovými podniky. Vyvrcholením jeho, již 15. ročníku, byl jubilejní 10. mezinárodní workshop, který proběhl začátkem dubna ve Vědeckotechnickém parku Plzeň. Čtyři nejúspěšnější plzeňské a dva bavorské studentské týmy tu v anglicky vedených prezentacích představily návrhy svých technických produktů.

Výzkum rozděluji pouze na dobrý a špatný, říká Libor Kraus

Prezident Asociace výzkumných organizací Libor Kraus se pohybuje v oblasti výzkumu a vývoje 30 let. Jaká vidí pozitiva, úskalí a rezervy v této důležité součásti našeho ekonomického růstu? Na to jsme se ho zeptali v rozhoru, který poskytl redakci MM Průmyslového spektra.

Budoucnost české výroby tkví v inovacích, Část 1. Změna konstrukčního přístupu

Česká republika je zemí s dlouhou vědeckotechnickou, průmyslovou a inovační tradicí, díky níž jsme se z provincie stali jednou ze předních ekonomik světa. Dnes ale nedokážeme plně využít inovační potenciál a zaostáváme za vyspělou Evropou. Co nás brzdí?
Seriál, který připravují odborníci společnosti Autodesk, se na příkladech dobré praxe bude snažit nastínit možné cesty, jak by firmy a jedinci mohli zvýšit svůj inovační potenciál a tížený efekt.

Ujíždí nám vlak digitalizace?

Rozhovor s Martinem Peňázem ze společnosti Autodesk, nám dává možnost nahlédnout na současnou digitální transformaci optikou, jejichž rámec a obzory se vytvářely dalece před tím, než nás doba covidová naučila přemýšlet a konat jinak a pružněji, než bylo standardem.

Hybatelé byznysu

Jan Zadák se více než dvacet let pohyboval v nejvyšších patrech globálního byznysu v oblasti IT. Mimo jiné zodpovídal za globální prodej, strategii a marketing veškerých produktů a služeb Hewlett-Packard. Nejen jeho zkušenosti z velkého byznysu, ale i jeho optimismus a víru v nastupující generaci vám chceme přiblížit prostřednictvím rozhovoru, který naší redakci poskytl.

Výuka a výzkum aditivních technologií

Inovativní výrobní technologie nacházejí své místo také v technickém vzdělávání. Do svých osnov je dříve či později zakomponovaly všechny technické vysoké školy. Avšak pořízení nákladných technologií se neobejde bez podpory ze strany průmyslového výzkumu. Na Fakultě strojní ČVUT v Praze nyní disponují úplně novým zařízením M2 cusing pro výrobu dílů metodou DMLS německého výrobce Concept Laser, dnes působící pod značkou GE Additive. Stroj dodala společnost Misan a technologie slouží primárně pro výzkum v leteckém průmyslu.

3D technologie letem světem

Vývoj 3D technologií dnes již zasahuje téměř do všech oblastí výroby. Uplatnění nachází u kusové výroby, ale dokáže si najít své místo i v sériové a dokonce velkosériové výrobě, kde nemusí jít nutně o samotné výrobky, ale např. o výrobu nástrojů nebo přípravků.

Úspěšný vývoj technologií pro zpracování termoplastových kompozitů

Konstruktéři tlačení požadavky na nižší hmotnost a lepší parametry svých konstrukcí stále více neváhají využít ve svých návrzích materiály, které byly dříve vyhrazeny pouze pro nejnáročnější high-tech aplikace. Díky tomu roste také poptávka po nenáročných výrobních technologií na výrobu konkrétního dílce z určitého materiálu.

Jste připraveni na budoucnost? Zjistěte to...

Každý den se probouzíme do situace, kdy nekonečný boj o nové zákazníky o kousek přitvrdí, je stále náročnější a vyhraje ten, kdo se nejlépe a nejrychleji přizpůsobí. Jak řekl rakouský psychiatr Viktor Frankl, základní lidskou vlastností je svoboda rozhodnout se, i když její uplatnění nemusí být lehké. Člověk není svobodný ve vztahu k podmínkám, v nichž žije, ale má svobodu v tom, jaké k nim zaujme stanovisko. Jak se rozhodnete vy?

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem 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