Témata
Zdroj: Misan

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.

Eva Zajícová

Vystudovala Fakultu strojní na ČVUT v Praze, obor Výrobní inženýrství na Ústavu strojírenské technologie.
Od roku 2014 pracuje v MM Průmyslovém spektru nejprve na pozici editorky, poté odborné redaktorky a od roku 2019 na pozici vedoucí redakce. Technika je její prací i zálibou.

Reklama

Kovových aditivních technologií (AM – Additive Manufacturing) je celá řada a možná už tento fakt napovídá, že každá z nich bude využívat jiné principy a bude vhodná pro jiný typ výroby. Společnost Misan nabízí čtyři různé technologie kovového 3D tisku. Každá si hledá místečko na trhu trochu jinde.

Dr. Jan Hudec: „Nebojte se kovových aditivních technologií. Může se ukázat, že je to netušená možnost, jak vyniknout, nebo že díky ní lze konkrétní díly vyrobit levněji.“

MM: Prvotní nadšení a snaha označovat kovové AM technologie za všespásné již odezněla. Rozvoj technologie poukázal na mnohá úskalí, která s sebou přináší, ať už jde o zcela nové technologické a konstrukční návyky a techniky, nebo celou vedlejší disciplínu práškového hospodářství či dokončovacích prací. Zřejmě jde o přirozený vývoj, kdy po vlně nadšení přichází vystřízlivění a mírné ochlazení. Přesto v sobě AM technologie skrývají obrovský potenciál a v mnohých oblastech si už našly své místo. Jaký je dnes zájem o kovové aditivní technologie? Cítíte zmiňovaný pokles zájmu? Kde zejména nacházejí AM technologie své uplatnění?

J. Hudec: Obecně se tyto technologie nejvíce využívají v letectví a v medicíně. Ve druhém jmenovaném oboru mají AM technologie výhodu zejména proto, že s nimi lze vyrábět např. náhrady pro pacienta na míru nebo typizované náhrady, které jsou vybaveny konkrétními makroporézními strukturami, jež imitují kostní tkáň. To umožňuje rychlejší zarůstání implantátů i hojení. V letectví jsou AM technologie využívány zejména pro možnost snižování hmotnosti dílů, ať už topologickou optimalizací, či návrhem sestav s menším počtem dílů. V České republice se od světového trendu lišíme tím, že u nás se AM technologie často používají při výrobě či opravách forem. Technologie umožňuje implementaci pokročilých systémů chlazení do forem, které efektivně, rychle a rovnoměrně vstřikovaný materiál ochlazují.

Reklama
Reklama

Zájem o AM technologie přichází spíše ve vlnách. Ročně jde o jednotky prodaných strojů.

MM: Už zmíněná složitost vedlejších prací zahrnující práškové hospodářství, tepelné zpracování, tryskání, následné obrábění atd. mohou naznačovat, že jde o velmi nákladnou technologii na pořízení v první řadě, ale i na provoz. Jakým způsobem si může potenciální uživatel spočítat, zda se mu pořízení si takové technologie a její zavedení do výroby vyplatí? Kde naopak náklady provozem AM technologie může ušetřit?

J. Hudec: Základem je neporovnávat čistě jen strojní náklady jedné technologie a strojní náklady druhé technologie. V takovémto porovnání opravdu vychází 3D tisk dražší. K AM technologiím je potřeba od základu přistupovat jinak. Pak teprve je možné prokázat případný potenciál technologie a smysl jejího pořízení. V první řadě jde o úpravu konstrukce jako takové, a ne jenom o změnu konstrukce jednoho konkrétního dílu. Ideální ovšem je zamyslet se nad celou sestavou, zda ji není možné tzv. zkonsolidovat. To je základní klíč ke správné implementaci 3D tisku. Jsou známé případy, kdy osm set dílů bylo nahrazeno pouze dvanácti. To pak ovlivňuje celou spoustu dalších procesů. Pokud dokážu nahradit sestavu deseti dílů jedním, odpadají náklady na spojovací rozhraní a na montáž, neřetězí se tolerance, zvýší se jeho spolehlivost, snižují se náklady na skladování, subdodávky, přejímky, fakturace, zjednoduší se certifikace atd. Teprve až ve chvíli, kdy se ukáže, co všechno 3D tisk ovlivní, lze začít počítat, zda se technologie vyplatí, či nikoliv. V době, kdy stroj pracuje, se může obsluha věnovat jiným činnostem, stroj nevyžaduje dohled v průběhu stavby. Navíc náběh výroby je velmi krátký, když už mám know-how. Lze také např. vyrábět díly, které se už dvacet let nevyrábějí apod. Zavedení AM technologií bude pravděpodobně vyžadovat i změnu výrobního řetězce.

Aditivní technologie se s výhodou využívají zejména v letectví. Na obrázku je motor GE9X, který obsahuje prozatím nejvyšší počet aditivně vyrobených dílů. (Zdroj: GE)

MM: Připadá zde v úvahu také automatizace alespoň některých částí procesů?

J. Hudec: Zejména u velkých strojů, které jsou nákladné na provoz a nejvíce bolí, když nevyrábějí, je s automatizací již počítáno. Např. stroj X-Line 2000R, největší z tiskáren Concept Laser, má dva výrobní moduly, které se přemisťují mezi manipulační a procesní komorou. Ve chvíli, kdy se dokončí stavba, protočí se na karuselu výrobní moduly a do pár minut už začíná druhá stavba. Operátor pak odstraní prášek, vyjme díly a založí vše potřebné pro další stavbu během toho, co stroj pracuje. Snahou je přesouvat vedlejší časy do překryvných. To se týká také dalších úkonů, jako je prosévání prášku a dalších.

MM: Společnost Misan na český trh dodává hned několik různých tipů kovových aditivních technologií. Technologii LPBF – Laser Powder Bed Fusion –, pracující na principu laserového spékání kovového prášku od firmy Concept Laser, technologii EBM – Electron Beam Melting – spékání kovového prášku elektronovým paprskem od firmy Arcam a technologii Binder Jet, která využívá ke spojování kovových částic pojivo s následným vytvrzením. Tyto firmy a jejich technologie zastřešuje nadnárodní společnost General Electric, jež je také sama jejich uživatelem. Poslední AM technologií, kterou společnost Misan také dodává, je tzv. přímé navařování v obráběcím stroji od společnosti Okuma. Pojďme se nyní u každé zastavit.

Účelem rozhovoru není dopodrobna jednotlivé technologie popisovat. Navíc leccos se o nich naši čtenáři mohou dozvědět prostřednictvím v minulosti zveřejněných článků. Již jsem však zmínila, že společnost GE je sama uživatelem, zejména v oblasti leteckého průmyslu, kde je více než jinde kladen vysoký důraz na kvalitu. Stroje Concept Laser disponují celou řadou systémů pro kontrolu kvality, ale i např. pro zabezpečení opakovatelnosti výroby apod. Můžete nám tyto systémy představit?

J. Hudec: Opakovatelnost a stabilita procesu jsou parametry, na kterých se velmi lpí. Souvisí to právě i s tím, že GE sama technologie využívá k výrobě dílů a ví, na čem záleží. Stroje v průběhu posledních let prošly velkými úpravami a vývojem – u stroje Concept Laser byl významně vylepšen prostor s optickými prvky, které jsou umístěny na monobloku z invaru, aby nedocházelo k pohybům vlivem změny teploty. Celý optický systém je ve zvláštní komoře, která má vlastní klimatizaci a klíčové prvky jsou navíc chlazené vodou. Zachování kvality výroby je zabezpečeno již samotnou konstrukcí stroje a dalšími podpůrnými aktivními systémy pro monitoring samotné stavby. Jedním z nich je systém pro sledování tavného bodu, který skrz optickou cestu sleduje zpětný tepelný odraz pomocí vysokofrekvenční termovizní kamery a fotodiody. Z nasbíraných dat systém hodnotí hustoty energií v jednotlivých částech dílů. Ty pak může např. porovnávat s OK díly apod. Využívá se to zejména pro certifikaci dílů. Lze proměřovat také výkony laseru a další parametry.

V České republice se od světového trendu lišíme tím, že u nás se AM technologie často používají při výrobě či opravách forem. (Zdroj: GE)

MM: V rámci vašeho online semináře Aditivní technologie bez příkras jste zmínil, že stroje Concept Laser využívají také více laserových paprsků především za účelem zvýšení produktivity. Výsledkem použití více paprsků mohou být také tzv. sešívané díly. Co si pod tím mohu představit?

J. Hudec: Stroje s několika lasery existují více než pět let. Do nedávna však byly lasery vždy využívány zvlášť, každý na stavbu jednoho dílu. Nyní je možné exponovat jeden díl několika lasery současně. Dojde tak k navázání sousedních expozičních vektorů bez vzniku přechodové oblasti, kde by díl vykazoval jiné vlastnosti než v ostatních svých částech. Těmto dílům se pak říká sešívané díly a dnes jsou již certifikovány také pro leteckou výrobu.

MM: K dosažení zaručeného výsledku je vhodné používat certifikované kovové prášky. Za dobu existence technologie na trhu přibylo velké množství nových prášků. Myslíte si, že by bylo možné s kovovými prášky experimentovat, různým způsobem je např. míchat a vytvářet tak zcela nové materiály? Děje se to ve výzkumných laboratořích? Máte představu, kam až sahá výzkum v oblasti kovových prášků pro AM technologie?

Společnost AP&C je předním výrobcem kovových prášků pro aditivní výrobu. Proces APA produkuje vysoce kvalitní sférické prášky reaktivních materiálů s vysokou teplotou tání, jako je titan, nikl, zirkon a další.

J. Hudec: Nikdy jsem o míchání prášků neslyšel. Vždy se atomizuje až finální slitina. Prášků je možné použít mnoho. Uživatel může používat i prášky vlastní, pokud je schopen správně si pro ně nastavit výrobu, ale míchat je není možné. Např. stroje s přímým navařováním v obráběcím stroji obsahují více zásobníků. Tam je možné na jeden díl navařovat různé materiály, ale postupně.

Technologie EBM je oproti laseru vhodnější spíše na typizované díly větších sérií a lze s ní vyrábět také únavově namáhané díly, jako jsou lopatky turbíny apod. (Zdroj: GE)

MM: Pojďme se nyní posunout k méně známé technologii – technologii EBM od společnosti Arcam, která ke spékání kovového prášku využívá elektronový paprsek. Tato technologie má opět svá pro i proti a také uplatnění nachází v jiných aplikacích. Mě na ní zaujaly zejména velmi vysoké výkony elektronového paprsku a jeho rychlost, která dosahuje hodnoty až 8 km za sekundu! Vysoké teploty navíc nezpůsobují v dílech pnutí, jako je tomu u laseru. Není nutný návrh a stavba podpěr, a tím klesá také spotřeba materiálu. Podle vašich slov je technologie vhodná zejména pro výrobu tlustostěnných dílů a dílů pro únavové namáhání.
Našla tato technologie již českého uživatele? V jaké oblasti by se mohla nejlépe uplatnit?

J. Hudec: V České republice za tu krátkou chvíli, kterou ji tady nabízíme, uživatele zatím nenašla. V současné době máme rozpracovaných několik projektů. Jeden z nich je zatím tajný, další jsou z oblasti vývoje. Typické aplikace jsou zejména v letectví a medicíně. Tato technologie je oproti laseru vhodnější spíše na typizované díly větších sérií a lze s ní vyrábět také únavově namáhané díly, jako jsou lopatky turbíny apod. Právě díky vysokým teplotám a vakuu v dílech nevzniká pnutí a není nutné je následně žíhat. S výhodou lze využít tzv. hipování neboli tepelné zpracování za vysokého tlaku, kterým lze zkompaktnit strukturu dílu. Takové díly mohou svou pevností překonat také výkovky. Technologií EMB lze vyrábět také tlustostěnné díly.

„Opakovatelnost a stabilita aditivních procesů jsou parametry, na kterých GE velmi lpí právě v souvislosti s tím, že sama tyto technologie vyžívá k výrobě leteckých dílů.“

MM: Další technologií z portfolia společnosti Misan a takovou největší novinkou je technologie Binder Jet, která namísto spojování kovového prášku teplem využívá pojivo. Takto „slepený“ díl se pak musí vytvrdit, přičemž dojde k redukci, tj. smrštění dílu až o 30 %. To s sebou zřejmě přinese velké nepřesnosti. Výhodou naopak je vysoká výrobní rychlost. Technologie by měla být na trhu již od letošního roku. Kde najde své místo?

J. Hudec: Oproti dvěma dříve jmenovaným technologiím je tato asi stokrát rychlejší a zároveň levnější. To ji předurčuje k použití tam, kde se s těmi předchozími zatím nepočítalo, a to je automobilový průmysl. Tato technologie vzhledem ke svým vlastnostem má velký potenciál nahradit v budoucnu tlakové lití. Bude však vyžadovat know-how. Umět díl navrhnout takovým způsobem, aby se po slinutí smrštil do požadovaného tvaru, bude vedle zkušeností zřejmě vyžadovat také využití výpočetních a simulačních programů.

MM: Nabízí společnost Misan tyto podpůrné softwarové programy k výše jmenovaným technologiím?

J. Hudec: Misan přímo softwary nenabízí, ale spolupracujeme s firmami, které je distribuují, a uživatelům dokážeme vhodný software doporučit.

MM: Nyní se již dostáváme k poslední zmiňované AM technologii, kterou je přímé navařování v obráběcím stroji. S těmito tzv. hybridními stroji přišla v posledních letech na trh většina výrobců obráběcích strojů. Nemohu si pomoci, a byť spatřuji v možnosti přímého navařování s následným obráběním při jednom upnutí velkou výhodu, pořád vidím ten jemný kovový prášek, se kterým by operátor vůbec neměl přijít do styku, spolu s obráběcí kapalinou v útrobách přesného pětiosého stroje. Jak je ošetřená rekuperace prášku, bezpečnost pracovníka, který musí ze stroje obrobek vyjmout, nebo těsnost nejdůležitějších součástí stroje proti zanesení či poškození kovovým práškem?

J. Hudec: Prášek je potřeba odchytit již tam, kde uniká. Ve strojích je proto důmyslně řešen odtah atmosféry. Prášek napadaný do řezné emulze je následně filtrován přes Hepa filtr. Tento prášek nelze recyklovat. Využití prášku u této technologie je 60–80 %. Stroj samotný je pak chráněn různým krytováním, zejména klíčových komponent, aby nedocházelo k přehřívání, k jejich znehodnocení apod.

Společnost Okuma vyrábí také hybridní obráběcí centra s navařováním kovového prášku přímo ve stroji. (Zdroj: Okuma)

MM: Kde se tato technologie nejčastěji uplatní? Když vezmu cenu hybridního stroje, nevyplatí se uživateli spíše dva separátní stroje? Mám na mysli obráběcí centrum a pro potřeby navařování menší zařízení bokem?

J. Hudec: To si musí každý uživatel pochopitelně nejdříve spočítat. U hybridních strojů lze obrábění i navařování požadované geometrie provádět na jedno upnutí. To je potřeba při tvorbě vyšších geometrií, jako jsou například lopatky, kde se navařování a obrábění často střídá v intervalech. Lze také nanášet souvislou vrstvu otěruvzdorného materiálu na houževnaté jádro nebo opravovat opotřebované části forem. Zájem o hybridní technologie je, ale většina zájemců by raději než stroj využívala službu.

MM: Co byste závěrem vzkázal našim čtenářům?

J. Hudec: Nebojte se kovových aditivních technologií. Je jen potřeba se nad tím zamyslet, informovat se a spočítat to. Může se ukázat, že AM technologie není ekonomicky vhodná pro zamýšlený účel, anebo naopak zjistíte, že to byla netušená možnost, jak vyniknout nebo něco vyrobit levněji. Společnost Misan pořádá několikrát do roka odborné semináře, kde zájemce seznamuje s technologií jako takovou i s jednotlivými kroky při zavádění, výrobě i výpočtu nákladů. Záznamy ze seminářů lze zhlédnout také zpětně. Bližší informace zájemci naleznou na našich internetových stránkách.

MM: Děkuji vám za rozhovor.

Redaktorka MM Průmyslového spektra Eva Zajícová hovoří s Janem Hudcem, aplikačním inženýrem pro kovové aditivní technologie ve společnosti Misan, o možnostech uplatnění 3D tisku.
Související články
Proporcionální ventily s IO-Link technologií

Emerson Aventics proporcionální ventily Sentronic Plus (614 serie) a Sentronic LP (617) jsou nyní k dispozici s integrovanou IO-Link komunikační technologií.

Slabina subdodavatelských řetězců

Díky pandemii koronaviru si v uplynulém roce našlo cestu k cyklistice spousta lidí a trh s koly, komponenty a cyklistickými doplňky, který dlouhodobě roste, nyní zažívá obrovský boom. To, že začíná více a více lidí jezdit na kole, se ale děje kontinuálně posledních několik let. Pandemie však tento nárůst zájmu výrazně urychlila. Zároveň však ale také odhalila některé slabiny globálního cyklistického trhu, které budou s největší pravděpodobností mít pro některé výrobce a prodejce kol či cyklo servisy vážné následky. Co se tedy vlastně stalo a co nás zřejmě čeká?  

Čtrnáctý ročník soutěže Ocenění českých podnikatelek úspěšně odstartován

Ve čtvrtek 3. června 2021 byl zahájen další ročník prestižní soutěže Ocenění českých podnikatelek, který odstartovala online konference Women in Business s podtitulem Nová realita roku 2021 a společný (re)start, most k jednotě a spolupráci. Tuto soutěž již tradičně vyhlašuje podnikatelská platforma Helas – Budujeme hrdé Česko. Patronkou letošního ročníku je Kateřina Kadlecová, generální ředitelka společnosti USSPA. 

Související články
Třpytivý svět krystalů

Turnovská společnost Crytur patří svým pojetím ke světovému unikátu. V přesně definovaných podmínkách pěstuje umělé krystaly z vlastního výzkumu a vývoje, které následně po opracování dodává buď jako specifické optické díly pro další celky, nebo přímo kompletní výrobky.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Implantáty z Čech až na konec světa

V 70. letech minulého století stál u zrodu prvních ortopedických implantátů v Čechách. V roce 1992 pak v rámci privatizace založil vlastní firmu téhož zaměření, jejíž výrobky dodnes pomáhají lidem znovu se hýbat. Ano, hovoříme o Stanislavu Beznoskovi a české firmě téhož jména, kterou dnes úspěšně řídí členové rodiny zakladatele.

MM Podcast: Glosa - Když se země otřásají v základech

Krize vyvolaná pandemií koronaviru v řadě oborů působí jako urychlovač trendů patrných před jejím vypuknutím. Mnoho odvětví si prochází zásadní strukturální transformací, ale část z nich – které se stát snaží podpůrnými prostředky za každou cenu stále držet nad vodou, zanikne. 

Vývoj UHT nástrojů
v plném proudu krizi navzdory

Hlavním motivem založení VaV centra Rotana byla připravenost na nové trendy v automobilovém a leteckém průmyslu a výroba vlastních produktů s vysokou přidanou hodnotou – konkrétně ultratvrdých (UHT) nástrojů pro speciální aplikace. Centrum je vybaveno nejmodernějšími technologiemi a stále se rozrůstá. Na kontě má několik úspěšně zakončených projektů v podobě prototypových nástrojů a užitných vzorů. O tom, na jakých projektech v centru pracují nyní a jaké mají plány do budoucna, jsme si povídali se třemi hlavními osobnostmi celého projektu vývoje a výroby UHT nástrojů.

Odměřovací pravítka, lanovka a Ferrari

Odměřovací pravítko je jednou z klíčových komponent obráběcího stroje. Zpravidla je ukryto hluboko uvnitř stroje a většina uživatelů obráběcích strojů jej nikdy na vlastní oči neviděla. Přesto jsou na ně kladeny velmi vysoké nároky. Musejí pracovat spolehlivě po dobu mnoha let, zaručovat očekávanou přesnost a rozlišení, a musejí být odolná proti znečištění, pronikání kapalin, prachu i třískám a proti spoustě dalších faktorů. A kdyby se náhodou něco pokazilo, musejí být snadno vyměnitelná.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu obráběcích strojů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.
Čas jsou peníze. Každá minuta prostoje výrobního zařízení je nežádoucí, proto se dnes vedle vysoké produktivity u strojů očekává také jejich vysoká spolehlivost.

Stroje v pohybu – Sledování zásilek na dálku

Takzvaný internet věcí (IoT) nabízí mnoho možností. Základem této technologie je bezdrátová komunikace velkého počtu autonomních zařízení prostřednictvím datových sítí, jež jsou navrženy tak, aby datový přenos spotřeboval co nejméně energie. Toho využívají i moderní sledovací jednotky (lokátory), které mohou díky energetické úspornosti pracovat i několik let bez dobíjení baterií.

Fórum výrobních průmyslníků

Jakým způsobem se po 15 měsících od vypuknutí pandemie koronaviru tento stav projevuje ve vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a ekonomiky jako takové (např. vlivem navýšení cen vstupních materiálů, nedostatku některých komponent)? Dokážete predikovat, jak se bude situace ve vaší komoditě vyvíjet ve druhé polovině roku, na čem bude záviset?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak současná doba ovlivňuje realizaci smluvního výzkumu na již hotových projektech, resp. při akvizici nových? Zaznamenáváte aktuálně pokles zájmu firem o spolupráci?

Semináře nově s high-tech technologiemi

Školicí a tréninkové centrum společnosti Ceratizit ve Velkém Meziříčí prošlo v loňském roce rozsáhlou modernizací. Nové Technické centrum i technologie v něm bohužel kvůli pandemii covid-19 nemělo možnost navštívit mnoho zákazníků. Všichni pevně věříme, že se to brzy změní. Než se tomu tak stane, požádali jsme Jana Gryče, technického ředitele společnosti Ceratizit, aby nám představil, co je v centru nového a na co se mohou zákazníci těšit. Při té příležitosti jsme oslovili také Pavla Němečka, obchodně-technického zástupce společnosti Hermle, aby pohovořil o pětiosém stroji C 32 U, které je v centru nové.

Švédové jsou féroví a přímí obchodníci

Celosvětová pandemie covid-19 mění světa vytváří nové příležitosti a výzvy pro exportně orientované firmy. Zahraniční kanceláře CzechTrade registrují příležitosti v daných destinacích a vytvářejí partnerství českým výrobním společnostem a jsou jim nápomocni při vstupu na trh a upevnění jejich pozice.

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