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.

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.

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
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