Témata
Zdroj: Sci-line

Přestaneme vyrábět a budeme tisknout?

3D tisk (AM – Additive Manufacturing) je obor, který přes svou krátkou historii překvapuje v mnoha ohledech – efektivitou, praktičností, flexibilitou... Jeho využitelnost jako technologie roste téměř exponenciálně, a přitom ale trochu utajeně.

Leoš Kopecký

Leoš Kopecký, *1958, vystudoval VUT v Brně, elektrotechnologie, Konzervatoř Jaroslava Ježka v Praze, text a scénář. Od 1990 působí jako novinář a mediální expert, 2009-2012 Akademie věd ČR (SSČ) - popularizace vědy, marketing, od 2013 externí redaktor pro TA ČR, nezávislý novinář, publikování pro propagaci vědy, výzkumu a inovací. V 2015 založen nezávislý projekt Sci-line - online platformupro komunikaci R&D, nových materiálů a technologií. Projekt je zastřešen aktivitami společnosti ArtCom 3000, jejíž je spoluzakladatelem.

Reklama

Důvodem je samozřejmě obava o možné zcizení či okopírování konkrétních řešení užití. Například ještě v roce 2016 česká média psala, že výroba kovových součástek pomocí 3D tisku je trochu sci-fi, a přitom v témže roce na strojírenském veletrhu MSV Brno 2016 byly poprvé veřejnosti představeny některé ze zkušebních a testovacích dílců, na kterých byla testována technologie Hybrid Manufacturing (HM), jejíž součástí je 3D tisk z kovu. V té době už probíhalo patentové řízení tohoto unikátního českého řešení, jehož vývoj trval tři roky. Ano, 3D tisk patří mezi 10 nejpatentovanějších technologií mezi roky 2017–2020. A o překvapení z rozvoje 3D tisku vypovídají i data z různých předpovědí. Studie společnosti Roland Berger v roce 2016 odhadovala, že 3D výroba bude mít v roce 2023 tržní hodnotu 7,7 miliardy dolarů. A v roce 2021 byla tato předpověď skoro čtyřikrát vyšší. I když 3D tisk možná ještě nepřevezme celý výrobní průmysl, analytici předpovídají, že dojde k velkému růstu a trh 3D tisku bude mít do roku 2023 hodnotu 32,78 miliard USD.

Stroj kategorie Hybrid Manufacturing (HM) – WeldPrint MCV 5X vyvinula firma Kovosvit MAS, ve spolupráci s Ústavem výrobních strojů a zařízení, Fakulty strojní ČVUT v Praze. (Zdroj: RCMT)

První vlaštovky

Charles Hull si v roce 1986 nechal patentovat technologii stereolitografie. Metodu, která se používá k vytváření objektů postupným vytvrzováním polymerů například UV zářením generovaným laserem, a to byl první 3D tisk. Dnes podobného principu využívá třeba 3D tisk v nano nebo mikrorozměrech.

První evropská nanotiskárna, kterou v roce 2012 vyvinul výzkumný tým Vídeňské technické univerzity, pracovala na principu technologie „two-photon lithography“, která je založena na tvrzení tekuté gumy zaostřeným laserovým paprskem, což mimo jiné v té době znamenalo výrazné zrychlení tisku. Poměrně složité předměty o rozměrech 20 až 50 mikrometrů bylo možno vytvořit za několik minut.

Současná česká nanotiskárna dokáže totéž a mnohem více. Vznikla díky spolupráci Ústavu přístrojové techniky AV ČR a firem API Optix a ELTEK. Možnosti užití 3D nano a mikrotisku jsou obrovské. Počínaje stavbou takzvaného lešení pro růst buněk, které tak dokážou vytvářet náhradu kostí, kůže i celých orgánů, až po nové druhy metamateriálů, jež mohou mít vlastnosti velmi podobné kovu, ale přitom být mnohem lehčí.

Reklama
Reklama

U těchto technologií byl použit laser a v mnoha dalších technologiích 3D tisku se s ním setkáváme a nepochybně budeme setkávat nadále. Laser se stal nástrojem 21. století pro celý technologický svět a my můžeme být právem pyšní na naše vědce a výzkumníky, kteří mají zásluhu nejen na tom, že už v socialistickém Československu v 60. letech minulého století u nás byla skvělá výzkumná laserová pracoviště a my jsme měli vlastní laser jako třetí země na světě (po USA a SSSR), ale díky našim specialistům také máme dnes dvě světová laserová centra v Dolních Břežanech – HiLASE a ELI Beamlines. Laserům a jejich aplikacím se věnují i v řadě dalších našich výzkumných ústavů, a vznikají tak třeba vláknové lasery nezbytné pro průmyslové aplikace. Laser sám je hodně citlivé zařízení a vláknový laser umožní optickým vláknem přenést světelnou energii i do pro něj nepřijatelného prostředí. Příkladem může být thuliový vláknový kontinuální laser pro průmyslové a medicínské užití, který vyvinuly společně Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, firmy Matex PM a SQS Vláknová optika, a Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Fakulta chemické technologie. Příznačné je, že na projektu spolupracovali i odborníci z laserového centra HiLASE. Vyvinutý laser generuje světelné záření o vlnové délce dva mikrometry, což je mimo jiné vhodná vlnová délka pro opracování polymerů.

„Novost řešení spočívá v prosazení laserového systému, který by atakoval nejlepší systémy, které jsou dnes komerčně dostupné. Díky vlnové délce, která doposud není dostatečně aplikačně využívána a díky malé dostupnosti takovýchto laserů, se objevuje obrovské pole aplikačního využití v různých oblastech průmyslu, medicíně, letectví a kosmonautice,“ říká Stanislav Němeček z Matex.

Přednosti kontinuálního vláknového laseru jsou především ve vysoké kvalitě laserového paprsku, v jeho dobré integrovatelnosti do výrobních linek, vysoký výkon i stabilita, 24hodinový provoz, nízké provozní náklady a dlouhá životnost budicích diod až 400 000 hodin.

Dokladem efektivní spolupráce vědeckých a výzkumných pracovišť může být i již zmíněná technologie HM kombinující plnohodnotnou generickou technologii (navařování kovu) a plnohodnotnou subtraktivní technologii pomocí frézování v pěti osách. Technologii společně vlastní a dále rozvíjí společnost Kovosvit MAS s Výzkumným centrem pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT), ČVUT v Praze, Fakulta strojní.

3D tiskárna na Future Port Prague 2018. (Zdroj: Sci-line)

Zítra se bude tisknout všude?

Naprostá většina technologií 3D tisku kovů využívá jako zdroj materiálu kovový prášek. Ačkoli je obtížné a nebezpečné s ním manipulovat v surovém stavu, jeho jedinečné vlastnosti z něj činí preferovaný typ kovového materiálu. V důsledku toho se hlavní rozdíly mezi typy kovových tiskáren týkají způsobu, jakým taví prášek do kovových částí. Setkáváme se tu s laserem, ale i se svazkem elektronů. Nejčastější metodou je selektivní laserové tavení (SLM), také známé jako přímé laserové slinování kovů (DMLS), selektivní laserové slinování (SLS), přímý tisk kovů (DMP), laserové slévání práškem (LPBF).

SLM tištěné díly jsou skvělé pro přesné, geometricky složité díly, které by jinak nebyly obrobitelné. Hodí se do široké škály aplikací: od zubní/zdravotní péče až po letecký průmysl. Objemy sestavení se pohybují od velmi malých (100mm krychle) po velké (800 mm x 500 mm x 400 mm) a rychlost tisku je střední. Přesnost těchto strojů je dána šířkou laserového paprsku a výškou vrstvy. Pro větší objemy je vyvinuta technologie, která místo kovového prášku používá kovový drát, a dají se tak vytvářet předměty až o velikosti 5 m x 1 m x 1 m.

Tavení elektronovým paprskem (EBM) používá k výrobě dílů elektronový paprsek místo laseru. Elektronový paprsek poskytuje méně přesné díly než SLM, ale proces je rychlejší.

Možnosti 3D tisku se dnes s výhodou uplatňují napříč obory a odvětvími – od strojírenství a výroby či produktového designu přes architekturu a stavebnictví až po vědecká a výzkumná pracoviště biotechnologie nebo umění a módu, a zákonitě každý obor má svá specifika. Současná největší běžně komerčně dostupná 3D tiskárna Original Prusa XL – CoreXY 3D je schopna tisknout předměty o velikosti 36 x 36 x 36 cm.

3D tiskárny na Future Port Prague 2018. (Zdroj: Sci-line)

Superlasery do firem

Největší 3D tiskárny najdeme zatím ve stavebnictví a je to oblast, ve které se výzkum odehrává odděleně na několika pracovištích v ČR. Každopádně je to technologie, která do stavebnictví přinášejí nejen úspory materiálu a energií, ale příslibem je i zvýšení produktivity oboru. Citujeme z materiálu, který poskytl prof. Rudolf Hela z VUT v Brně, Ústavu technologie stavebních hmot a dílců, kde se tomuto vývoji věnují: „Technologie 3D tisku nepotřebuje bednění, materiál může být dodáván přímo z míchačky do tiskové hlavy a tvrdne přímo v uložených vrstvách. Významným přínosem je i možnost tvorby různě zakřivených organických tvarů, které v klasicky bedněných konstrukcí nejsou možné. Z jistého pohledu je 3D tisk budov technologicky snazší než klasický stavební postup. Na druhé straně je 3D tisk výrazně náročnější na vlastnosti použitého betonu z hlediska stejnorodosti reologických vlastností v čerstvém stavu – čerpatelnost v malých průřezech potrubí pro max. zrno až 8 mm, neměnná konzistence, řízená tixotropie, rychlost tuhnutí a tvrdnutí.“

Reklama

A budoucnost 3D tisku? Je jisté, že vývoj těchto technologií bude pokračovat stále rostoucím tempem, český výzkum a vývoj nezůstává pozadu. Nedávno bylo oznámeno zahájení stavby inovačního centra Brain 4Industry v Dolních Břežanech, které bude zaměřeno především na technologickou pomoc malým a středním českým firmám. „Posláním HiLASE je aplikace superlaserů z laboratoří do reálného prostředí firem. Propojujeme naše špičkové laserové technologie s metodami 3D tisku, a tak pomáháme inovovat český průmysl,“ konstatuje Tomáš Mocek, vedoucí centra HiLASE.

Vydání #3
Firmy
Související články
Téma: technologie pro výrobu forem

Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Související články
CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Nové technologie osvětlení vozidel

Získat zkušenosti s novými zdroji světla bylo cílem jednoletého projektu Ideag, do něhož se na konci roku 2017 pustila mladoboleslavská společnost EDAG Engineering CZ. Výsledný prototyp zadní lampy navržené pro model Škoda Superb ukazuje možnosti využití tří moderních technologií: elektroluminiscenční fólie, OLED panelu a COB LED destiček.

Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

Aditivní technologie (nejen) v leteckém průmyslu

3D tisk, neboli aditivní výroba, v dnešních dnech zažívá opravdový boom. Většina firem technického zaměření, které jsou na špičce v oblasti inovací, tuto technologii vlastní, nebo alespoň externě využívá. Obdoba této technologie však není v přírodě nová, ani nijak výjimečná.

Desatero pro export - Marketingový průzkum poprvé

V dnešním díle našeho exportního seriálu se budeme věnovat marketingovému průzkumu. Ten je základním nástrojem pro posuzování jednotlivých vývozních teritorií a sestavování individuálních exportních plánů. Cílem je vytvořit profily potenciálních trhů, které zahrnou jejich charakteristiky, očekávání a preference. Na základě těchto profilů chceme sestavit klasifikaci atraktivity trhů podle předem určených kritérií. Dalšími cíli jsou analýza konkurence na vybraných trzích, identifikace hrozeb a příležitostí a určení právního rámce a systému autorského práva.

Technologie roku 2018

Další z řady odborných seminářů společnosti Misan v jejím sídle v Lysé nad Labem s názvem Technologie roku 2018 se uskutečnil v únoru ve spolupráci se společností Tungaloy. Hlavními tématy byly automatizace výrobních procesů, monitorování a propojování výrobních strojů a systémů a představení nových výrobních zařízení, nástrojů a technologií, které pak byly následně předvedeny v praktické části semináře při ukázkách obrábění. Bonusem na semináři byla přítomnost chairmana a CEO Okuma Europe a Okuma America Corporation Takeshiho Yamamota a senior manažera z oddělení obchodu Okuma Europe Ralfa Baumanna, kteří poskytli MM Průmyslovému spektru exkluzivní rozhovor.

Automatizace lidem práci nebere

Automatizaci se ve firmě Kovosvit MAS věnují od roku 2013. Z původního projektu vznikla samostatná divize MAS Automation a na letošní rok má plánované téměř dvojnásobné tržby oproti roku 2017. V porovnání s plánovaným obratem celého Kovosvitu jsou tržby divize zatím nevýznamné, ale průměrný růst divize o dvě třetiny ročně dokládá, že automatizace má v podniku ze Sezimova Ústí zelenou.

O strojích a hologramech

Cílem následujícího textu je informovat o novinkách a trendech v oblasti hologramů v průmyslu a také situaci zpřehlednit. Výrazem „hologram“ je totiž označováno téměř nepřeberné množství nástrojů a technologií, které v podstatě spojuje vlastně jen to, že pracují s nějakou formou optické iluze. Takové hologramy je možné využívat nejrůznějším způsobem, totéž platí o způsobech jejich vytváření. Navíc je dění v oboru hodně dynamické. Téměř neustále se objevují nové průmyslové aplikace a vedle nich vzniká řada zajímavých inovací, které jsou předváděny na výstavách, ale fakticky ještě nebyly uvedeny do praxe.

Deset zastavení s JK: Síťování

Série 10 rozhovorů s legendou inovační sféry Jánem Košturiakem je retrospektivou dílčích milníků, které jej na jeho osobní a profesní cestě potkaly a umožnily mu realizovat jeho sny, touhy a přání. Nahlížejme postupně do minulosti a hledejme společně okamžiky, které vytvářely Jánovu budoucnost a umožňovaly mu vidět za horizont zřetelněji než nám ostatním.

Deset zastavení s JK:
Lokální výroba

Série 10 rozhovorů s legendou inovační sféry Jánem Košturiakem je retrospektivou dílčích milníků, které jej na jeho osobní a profesní cestě potkaly a umožnily mu realizovat jeho sny, touhy a přání. Nahlížejme postupně do minulosti a hledejme společně okamžiky, které vytvářely Jánovu budoucnost a umožňovaly mu vidět za horizont zřetelněji než nám ostatním.

VaVaI a průmysl:
Znát budoucí potřebu zákazníka

Biochemik Vladimír Velebný je majitelem, generálním ředitelem, a současně i vedoucím výzkumu a vývoje ve společnosti Contipro. Jeho firma se zabývá biotechnologickou výrobou kyseliny hyaluronové, která má širokou škálu potenciálního využití v nejrůznějších oblastech medicíny a kosmetiky. O tom, jak ideálně propojit oblast vědy a výzkumu s oblastí průmyslu ku prospěchu obou, a zejména nás všech, ví rozhodně mnohé.

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