Témata
Zdroj: Sci-line

Nové technologie prodlužují průměrný i maximální věk člověka a zvyšují jeho schopnosti. Jejich použití je přitom v podstatě oborově neomezené a neexistuje snad oblast výzkumu, která by se nějakým způsobem nepromítla do vývoje pro medicínu – od elektroniky až po strojírenství.

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

Už v roce 2002 předpověděla pracovní skupina v Americké nadaci pro národní vědu bezprostředně se rozvíjející vědeckotechnologickou revoluci, která povede k „obrovskému zvýšení“ lidských schopností.

Kloubní náhrada firmy Beznoska. (Zdroj: Sci-line)

Protetika je pochopitelně první oblastí, která člověka napadne ve spojení strojírenství a zdravotnictví – umělé klouby, zubní náhrady a všechny ostatní protézy. To vše se musí vyrobit a výroba je většinou ovlivněna výjimečnými materiálovými i funkčními požadavky: často se pracuje s těžko obrobitelnými materiály, výrobek musí být přesný (tolerance pod 50 µm je běžná), musí být spolehlivý, trvanlivý, biokompatibilní, sterilizovatelný atd. A protetika není zdaleka jediná oblast, ve které se spojují inženýrské obory s medicínskými. Aplikace inženýrských technologií na lékařské a zdravotnické výzvy zahrnují třeba kardiovaskulární inženýrství, neuroinženýrství, buněčné a molekulární bioinženýrství, lékařské a biologické zobrazování, a vznikají tak pokročilé lékařské diagnostické přístroje, lékařské nástroje, umělé orgány, náhradní díly kloubů a protetická zařízení. Jedním z výrobních procesů, který se úspěšně uplatňuje, je obrábění.

Vysoká přesnost obrábění

Pomocí přesného CNC obrábění se vyrábí lékařské díly i nástroje s tolerancí až ±0,001 mm, jako třeba vertebrální háky, kostní šrouby a desky, umělé klouby, svorky, zajišťovací kolíky a hřebíky, abutmenty implantátů, součásti respirátorů, defibrilátorů, hemodializérů a další. Prostě desítky a desítky nejrůznějších dílů z desítek nejrůznějších materiálů, mezi kterými najdete titan, nerezové oceli, beryllium, chrom, bronz, mosaz, hastelloy, měď, invar, mangan, molybden, keramiku, acetal, ale i silikon, nylony, polymery a kompozity. Vysoké přesnosti obrábění se dá dosáhnout jak řeznými nástroji, tak i metodami abrazivními a procesy, které využívají svazek elektronů, iontů, laser, a k tomu přísluší i další metody, jako je například elektrojiskrové nebo elektrochemické obrábění (EDM – Electric Discharge Machining, ECM – Electro Chemical Machining).

Ukázka kloubní náhrady a dokonalosti zpracování – prezentační prostory firmy Beznoska v roce 2016.. (Zdroj: Sci-line)

Extrémně přesné obrábění může dokonce i za v současnosti jeden z nejčastěji užívaných termínů materiálového inženýrství, a tím je nanotechnologie. Za otce nanotechnologií je obecně považován populární fyzik Richard Feynman, který nanotechnologie detailně popsal už v 60. letech minulého století, ale termín „nano-technology“ poprvé vyslovil až v roce 1974 profesor Norio Taniguči z Tokyo University of Science a použil jej pro proces opracování materiálu jednotlivými atomy a molekulami. Tenkrát předpověděl, že v roce 2000 bude dosažitelná přesnost při běžném obrábění lepší než 100 nm. A nemýlil se.

Reklama
Reklama

Progresivní technologie

K aplikaci nových technologií obrábění přispívají i možnosti počítačových simulací, které zrychlují a zlevňují vývoj bez nutnosti vytváření prototypů a jejich testování. Lékařská technika s nejvyšší přesností se často obrábí v časově a místně oddělených výrobních procesech a v důsledku těchto oddělených procesů se zvětšují tvarové odchylky a chyby polohování. Obrábění součástí se složitými vnitřními tvary v jedné jediné výrobní fázi pomohly vyřešit výsledky německého výzkumného projektu SwitchECM. Základem technologie je elektrochemické obrábění (ECM obrobek ponořený do elektrolytu je zapojen jako anoda. Kationty elektrolytu se slučují s aniony kovu a postupně ubírají kov z anody. Anoda kopíruje tvar katody.).

Protetika je první oblastí, která člověka napadne ve spojení strojírenství a zdraví – umělé klouby, zubní náhrady a všechny ostatní protézy, jejichž výroba je ovlivněna výjimečnými materiálovými i funkčními požadavky. (Zdroj: Sci-line)

V projektu byl vyvinut systém, ve kterém může být každá jednotlivá katoda řízena specifickými parametry. Pro numerické zkoumání toku elektrolytu ve vyvinutém multikatodovém systému byl použit jeden z nejpokročilejších simulačních programů Comsol Multiphysics. Simulace ukázala například, že může dojít k cirkulaci elektrolytu v určitých geometriích obrábění. Tato cirkulace může zvýšit akumulaci oddělených částic, procesních plynů, a proto může způsobit problémy při obrábění.

Obdobně progresivní technologií je elektroerozivní obrábění (EDM – Electric Discharge Machining). Materiál je odebírán drobnými elektrickými výboji mezi obrobkem a elektrodou v kapalném dielektriku. Tato technologie byla s úspěchem použita při vývoji porézního bioaktivního implantátu – náhrady meziobratlové ploténky. Testy obrobitelnosti použitých titanových slitin prokázaly, že porézní Ti slitiny nelze efektivně zpracovávat běžnými obráběcími metodami. Příčina problémů byla identifikována v samotném porézním charakteru materiálu, který při obrábění způsobuje vibrace a poškozování nástrojů. Obrábění EDM se ukázalo jako adekvátní řešení. Konkrétní aplikace je jedním z mnoha výsledků českého výzkumného projektu dotovaného prostřednictvím Technologické agentury ČR částkou téměř 139 mil. Kč pod názvem „Centrum vývoje moderních kovových biomateriálů pro lékařské implantáty.“


Přeceňujeme, nebo nedoceňujeme automatizaci?

Ať už se jedná o jakýkoli proces ve firmě nebo provozovně, má se často za to, že automatizace je tím zázračným nástrojem, který přinese efektivitu do jakékoli činnosti a jistě zajistí prosperitu a rozvoj firmy. Ano i ne, automatizace má své zastánce, ale i odpůrce, a argumenty obou táborů jsou podnětné.

Vydání #12
Kód článku: 221216
Datum: 14. 12. 2022
Rubrika: Redakce / Strojírenství & Zdravotnictví
Firmy
Související články
Strojírenské fórum 2018: Inteligentní výroba

Další z již tradičních setkání odborníků (nejen) z oblasti výroby – podzimní Strojírenské fórum – se odehrálo 8. listopadu, tentokrát v prostorách Ústavu výrobních strojů a zařízení a RCMT FS ČVUT v Praze.

Inovace: Změna úhlu pohledu

Určitě jste to zažili taky. Je večer, jasná obloha a vy vidíte, jak měsíc balancuje přesně na špičce věže kostela. Stačí ale malá změna úhlu pohledu a měsíc je jinde. Jaký je váš úhel pohledu na inovace ve strojírenství?

Průmyslové inženýrství a jednoúčelové stroje

Harmonický výrobní proces není jen iluze. Cest a možností, jak dosáhnout souladu ve výrobě, je i v současné nelehké situaci bezpočet.

Související články
Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Stroje a technologie: letět ještě výš

Okolo nás pole, před námi malá obecní silnice a nápis „Business Park Holzhausen“. Nic nenaznačuje, že v tomto malém městě poblíž letiště v Linci za okamžik objevíme obrovský technologický potenciál. Společnost Peak Technology byla založena v roce 2007 Dieterem Grebnerem. Zaměřuje se na dodávky komplexních ultralehkých kompozitů na bázi karbonových vláken pro Formuli 1 či letecký průmysl.

Další veletržní postřehy z EMO 2019

Z pohledu technika lze veletrh EMO v roce 2019 považovat za zdařilý, protože byl více o invenci, kreativitě, vylepšování stávajícího i hledání nových cest. Na veletrhu bylo možné vysledovat několik řekněme fenoménů, které se objevovaly napříč veletrhem. Přitom bych je přímo nepovažoval za trendy, protože obdobné počiny, technika, software i smýšlení byly (u asijských výrobců) k vidění o šest měsíců dříve na veletrhu obráběcích strojů v Pekingu. Nedávám tímto záminku k mezikontinentální diskusi o tom, kdo trendy určuje. V tomto textu zazní několik dalších veletržních postřehů.

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.

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.

Názorové fórum odborníků

Na tomto místě budeme pravidelně přinášet názory odborníků k tématům, která se objeví v aktuálním vydání MM Průmyslového spektra. V březnovém vydání jsme zástupcům firem položili následující otázku:

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

V nejisté době je univerzálnost řešením

Automatizace průmyslových procesů řeší problémy s nedostatkem kvalifikované pracovní síly, nahrazuje fyzicky namáhavou či zdravotně škodlivou činnost, snižuje chybovost lidského faktoru, zkracuje výrobní časy a v konečném důsledku přispívá ke zvýšení kvality a zisku. Nejen toto je pro ředitele společnosti Acam Solution Ing. Pavla Bortlíka a jeho tým motivace, ale i zábava. Za relativně krátkou dobu na trhu se firma stala, ať už napřímo, či přes své obchodní partnery, dodavatelem společností jako Volkswagen, Toyota, Olympus, Škoda Auto, Edwards, TE, BOSH, Heinze Gruppe, Woco STV či Fanuc a nyní přichází s řešením vhodným nejen pro velké výrobce, ale také pro malé a střední podniky – s univerzální robotickou buňkou HXG. Důležitým komponentem v této buňce je mimo jiné systém pro upínání nulového bodu VERO-S od společnosti Schunk.

Stroj na středění klikových hřídelí

Je všeobecně známo, že kliková hřídel je jednou z nejkritičtějších součástek motoru s vnitřním spalováním a jedním z nejsložitějších a nejkomplexnějších dílů z hlediska obrábění. Potřeba přesného vyvážení klikové hřídele, která je rozhodujícím faktorem pro celkovou účinnost motoru, se stala ještě důležitější, jelikož výrobci automobilů usilují o snižování emisí CO2 prostřednictvím lepšího výkonu motoru a strategií spočívajících v odlehčování. Díky různým vylepšením, kterých se v průběhu let dosáhlo v procesech kování a odlévání, už mají neopracované komponenty klikové hřídele téměř požadovaný tvar s mnohem menším množstvím přebývajícího materiálu. To znamená, že na konečné klikové hřídeli je třeba obrábět méně částí. Přináší to s sebou také zvýšenou potřebu přesného vyvážení se zmenšenou velikostí protizávaží, které se při vytváření těžiště často provádí.

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.

Obrábění těžkoobrobitelných materiálů

Stále rostoucí požadavky výrobců proudových motorů vyžadují kontinuální vývoj žárupevných materiálů. Klasické metody obrábění jsou zde na hranici svých možností, efektivní alternativou je elektroerozivní řezání drátovou elektrodou.

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