Zájem o aditivní technologie roste

Změna myšlení a přístupu je často jediný způsob, jak dokázat nebo objevit něco nového, něco převratného. Neustálý požadavek na inovace nás nutí vidět věci z jiných pohledů či v širším měřítku („thinking out of the box“). Takové techniky jsou z pohledu konkurenceschopné firmy důležité, pro konstruktéra 3D tiskových úloh nezbytné.

MM: Aditivní technologie jsou v posledních letech brány jako nové inovativní výrobní metody nejen z plastů, ale také z kovových prášků. Společnost Concept Laser lze označit za průkopníka této technologie. Jaké byly začátky a jak se technologie za těch necelých dvacet let vyvinula?

O. Svoboda: Patentováním technologie Laser Cusing (1998) a udělením patentu na stochastické polohování tavného bodu byl dán impulz ke vzniku samostatné společnosti Concept Laser GmbH, i když stále v rámci Hofmann Innovation Group AG, kde se tým podílel na řešení problémů chlazení forem pro vstřikování plastů a tlakové lití. Pod nově založenou společností následoval intenzivní vývoj dílčích řešení i celých strojů, který trvá doposud (jak dokladuje například poslední veletrh Formnext ve Frankfurtu).

MM: Aditivní technologie (teď se vždy již vyjadřuji k výrobě z kovových prášků) byly alespoň ze začátku často vnímány jako alternativní technologie či nástupce k třískovému obrábění. Poslední dobou se však zdá, že si tyto technologie zas až tolik nekonkurují, ale spíše se navzájem doplňují. Studie ukazují, že roční míra růstu aditivních technologií na světovém trhu je cca 30 % a v budoucnu se počítá s ještě větším nárůstem. Čemu takový zájem o tyto technologie přisuzujete?

O. Svoboda: Zatímco tradiční způsob výroby strojírenských dílů se pozvolna blíží ke své dokonalosti, panuje v oblasti aditivní výroby iniciační období charakterizované novými metodami stavby a výraznými inovacemi u již zavedených technologií. Tento stav prohlubují i chybějící normy pro stavbu a kontrolu aditivně vyráběných dílů. Navíc současné aditivní technologie nejsou schopny zhotovit díly s vyšší přesností než 0,1 mm a mohou tedy poskytnout v podstatě pouze polotovary, i když na konstrukčně i kvalitativně vyšší úrovni. Jsou však obory, které pomocí aditivních technologií poznaly dosud nemožné a již se bez nich neobejdou. Takových příkladů denně přibývá a je v tom obrovský potenciál dalšího rozvoje. V této souvislosti je však třeba dodat, že aditivní výroba znamená i zcela nový přístup ke koncepci a vlastní konstrukci prvků, uzlů i celých autonomních jednotek. Výrazně se mění posuzování technologičnost konstrukce z hlediska zhotovitelnosti. Odpadají omezení daná tradičními obráběcími schopnostmi, což vede ke snižování počtu potřebných součástek, aplikacím nových metod konstruování (např. bionické konstrukce). Zároveň ale nastupují nová aplikační pravidla spojená s počtem současně aditivně vyráběných dílů, umístěním stavěné součásti na paletě, návrhem podpůrných struktur stavby, výběrem materiálů a vlastních parametrů stavby. Nové požadavky na přípravu aditivní výroby se navíc zásadně liší podle použité metody a typu aditivního výrobního prostředku.

MM: Ze začátku se spékaly díly z kovových prášků spíše drahých kovů (titan, …), které nacházely uplatnění např. v leteckém, vesmírném či medicínském průmyslu. V posledních letech došlo k vývoji a výrobě dalších materiálů. Některé výzkumy potvrzují, že výroba dílů např. z korozivzdorné oceli může dokonce zlepšovat mechanické vlastnosti dílu. Dříve jsme zaznamenávali problémy (pórozita apod.) ve struktuře tištěného dílu, nyní jsou jeho mechanické vlastnosti ještě lepší, než by byly dosaženy konvenčními postupy. Je toto tvrzení pravdivé? Můžete toto uvést na pravou míru? Čím nebo jak je možné strukturu tištěného dílu ovlivňovat?

J. Hudec: Je pravda, že mechanické vlastnosti aditivně vyráběných kovových součástí se za posledních několik let dostaly na přijatelnou úroveň i pro tak náročná odvětví, jakým je letecký průmysl. Současně je třeba poznamenat, že většina prezentovaných srovnání je porovnávání s odlitky. Vlastností tvářených materiálů aditivní výroba nedosahuje. Pravděpodobně to ani nebude cílem klíčových výzkumů, neboť stěžejní vývoj je orientován na výrobu geometricky extrémně složitých součástí s předem jasně definovanými požadavky z hlediska jejich zatížení. Obecně lze říci, že struktura (potažmo mechanické vlastnosti) dílců je ovlivněna celou řadou parametrů (výkon laseru, rychlost skenování, nastavení vrstvení, expoziční strategie atd.). Výrobce stroje by měl vždy poskytnout (nabídnout) uživateli univerzální nastavení pro každý materiál, které splňuje všeobecné požadavky. K úpravě (ladění) parametrů stavby se přistupuje až v případě specifických nároků na konkrétní dílec (daných zpravidla jeho geometrickým tvarem).

Pro zvětšení klikněte na tabulku

MM: Významně se také zvedla produktivita této technologie. Co ovlivňuje právě produktivitu? Je možné proces výroby ještě zrychlit? Jak?

J. Hudec: Produktivitu lze ovlivňovat, tak jako u jiných výrobních technologií, parametry vlastního procesu a vedlejšími procesy. Zrychlení vlastního procesu tavení kovových prášků má své limity ve fyzikálních vlastnostech prášků, ale také je třeba respektovat požadavky na finální výrobek (jeho mechanické vlastnosti, geometrickou přesnost atd.). Z těchto důvodů je momentálně hlavní cestou zvyšování produktivity navýšení počtu laserů pracujících v jednom stroji – 2 až 4 lasery pod jednou kapotou. V současné době jsme svědky pokroku spíše v oblastech zajištění kvality výroby (zejména sériové) a také zvětšování stavebního prostoru strojů, například pro potřeby výroby komponentů leteckých motorů. Z hlediska vedlejších procesů probíhá souvislý vývoj metod a řešení cílených na zkrácení (a automatizování) procesů výměny a doplňování prášku a výměny stavebních palet. Vznikají řešení na úrovni pružných výrobních systémů s automatizovaným tokem materiálu.

MM: Výrobní systémy s automatizovaným tokem materiálů jsou známé z různých prezentací společnosti Concept Laser. Jak daleko jsme podle vašeho názoru od těchto realizací? Kdo bude podle vás prvním uživatelem automatizované sériové výroby pomocí aditivních strojů?

O. Svoboda: Momentálně je v provozu v koncernových podnicích GE několik prvních realizací. Očekávám, že zákazníci se budou rekrutovat nejprve z oboru medicínské výroby.

MM: V roce 2016 prodala společnost Concept Laser 160 strojů. Jaký je o tuto technologii zájem v České republice?

O. Svoboda: Všeobecný zájem je u nás velký, porovnávám-li stav se zájmem o stroje pro třískové obrábění. Ovšem většina zájemců má jen velmi omezené informace, případně informace zkreslené. Často se tak ukáže, že původní nadšení poněkud ochladlo. Existuje zde zjevná souvislost se skutečností, že Česká republika je především dodavatelskou zemí, a nikoliv tvůrcem původních řešení. Pro dokreslení bych uvedl, že podle mých znalostí je v současnosti v České republice v provozu celkově méně než stovka strojů pro laserové spékání práškových kovů.

MM: Od roku 2016 je společnost Concept Laser součástí divize GE Additive společnosti General Eletric. Změnilo se na strojích či technologii něco od vstupu společnosti GE? Co si od spojení slibujete? Jak to může zasáhnout/ovlivnit zákazníka?

O. Svoboda: GE je obrovská společnost s globální působností. Pro Concept Laser se stala především strategickým partnerem a zárukou financování dalšího rozvoje. V Německu byla zahájena výstavba nového výrobního a vývojového komplexu a jistě dojde k propojením s dalšími výrobními kapacitami GE. Probíhá tak přerod z rodinné firmy na součást nadnárodní společnosti. Jistá je i preferovaná orientace na rozvoj aditivních strojů s velkým stavebním prostorem (projekt A.T.L.A.S.). Určitě do tohoto oboru v Evropě proniknou prostřednictvím propojení Concept Laseru a GE americké prvky organizace a řízení výroby i obchodní a servisní strategie.

MM: Základní dvě varianty provedení s jedním či dvěma lasery jsou minimálně v showroomu společnosti Misan k vidění již dávno. Vyvíjí společnost nové stroje pro aditivní technologie? Jaké? A v čem se liší od předchozích modelů? Kdy budou na trhu?

J. Hudec: Nejnovější stroj je beta verze projektu A.T.L.A.S. (Additive Technology Large Area System), který byl představen na výstavě Formnext ve Frankfurtu v závěru loňského roku. Stroj byl postaven za devět měsíců v Cincinnati USA jako kompletace dílů a uzlů obou kooperujících/spojených společností. Jedná se o novou koncepci stroje s gantry kinematikou zajišťující pohyb, respektive polohování celé optické soustavy ve stavebním prostoru. Základní rozměr stavebního prostoru je 1 100 x 1 100 mm a 300 mm na výšku, přičemž výška stavebního prostoru bude v budoucnu volitelná – škálovatelná. V letošním roce se se zahájením komerčního prodeje stroje A.T.L.A.S. nepočítá.

MM: Konkurence v tomto oboru by se dala spočítat na prstech jedné ruky. V čem zejména se Concept Laser liší?

J. Hudec: Vaše omezení konkurence na prsty jedné ruky platilo v minulosti. Prudký rozvoj aditivní výroby z kovu v posledních letech nabízí možnosti vstupu na tento trh nejrůznějším výrobcům strojů z nejrůznějších koutů světa - vždyť mechanické provedení stroje pro aditivní technologie není nijak složité. Problémy se soustřeďují především do zajištění sledování spolehlivosti procesu a zaručení konečné kvality dílu a bezpečného provozu. V tom je Concept Laser velmi aktivní a svým QM (Quality Management) modulárním systémem monitorování stavebního procesu důslednější než ostatní konkurenti. Ostatně jeho marketingová strategie je velmi dobře propracovaná a zacílená právě na zajištění kvality a bezpečnosti.

MM: Ráda bych se ještě jednou vrátila ke kvalitě vyráběných dílů. Ve srovnání s konvenčními výrobními technologiemi je to technologie velmi mladá a prostor na zkoušení a testování vyrobených dílů nebo lépe na nějakou standardizaci výrobních postupů pro konkrétní součásti nebyl příliš velký. Jaký je problém obdržet certifikaci pro tyto díly např. v letectví, kde se už některé díly vyrobené aditivně používají?

J. Hudec: Certifikace leteckých dílců a sestav zhotovených aditivní technologií může být problémem v očích inspektorů, kteří dostanou hotový dílec a mají jej posoudit. Takto však certifikace u prvovýrobců v leteckém průmyslu neprobíhá. Certifikační orgán spolupracuje s prvovýrobcem od počátku vývoje nového výrobku a konzultuje a vyjadřuje se ke všem aspektům navržené konstrukce. Výsledkem tohoto procesu je schválený výrobek po všech stránkách, tj. konstrukčně, výrobně-technologicky i zkušebně. Nepředpokládám, že by mělo dojít k nějakým komplikacím při certifikaci sériově vyráběných dílců.

U medicínské výroby (implantáty a dentální obor) není z hlediska certifikace technologie výroby stěžejním tématem. Velký důraz je zde kladen na certifikaci vstupního materiálu. V případě aditivní výroby se jedná o prášek – nutné pro zajištění jeho biokompatibility. Hledí se také na zamezení kontaminace materiálu jiným práškem v průběhu výrobního procesu. Stroje pro aditivní výrobu jsou tak typicky využívány pouze pro jeden typ prášku a neprovádí se přeseřizování na jiný prášek.

MM: Dovolím si nyní takovou futuristickou představu. Již dnes se např. v Japonsku děje, že roboty vyrábějí roboty. Také 3D tiskárny již tisknou 3D tiskárny (nebo přinejmenším jednotlivé své díly). Snažíme se, aby stroje a celé továrny byly více samostatné a inteligentní. Jak si myslíte, že budou výrobní podniky v budoucnu vypadat? A co budou dělat lidé, když je v továrnách nahradí stroje?

O. Svoboda: Směřujeme k výrobním podnikům, kde lidé nevykonávají žádné fyzicky ani psychicky náročné (monotónní) činnosti. Lidé zůstanou v některých analytických, monitorovacích a rozhodovacích procesech. A samozřejmě v některých souvisejících službách. Aditivní technologie, jak je známe dnes, budou pravděpodobně v budoucnu nahrazeny jinými technologiemi, které budou více inspirovány v přírodě probíhajícími procesy.

MM: Jak hodnotíte přínos aditivních technologií obecně pro lidskou společnost?

O. Svoboda: Aditivní technologie přispívají k renesanci techniky v očích odborné i laické veřejnosti. Na tradiční a konzervativní lidské výrobky se začíná pohlížet jiným pohledem. Pohledem, který je, zejména díky větší blízkosti k řešením realizovaným přírodou, přirozeně srozumitelnější. Aditivní technologie tak představují výzvu pro každého, kdo se nebojí nových řešení. Ten, kdo se bude ochoten sám vzdělávat a rozvíjet v tomto oboru, nebude mít v budoucnu potíže s uplatněním na měnícím se trhu práce.

MM: Děkuji vám oběma za rozhovor.

Eva Buzková

Eva.buzkova@mmspektrum.com