Jak mohou konstrukce a materiály pomoci minimalizovat hmotnost konečného výrobku, aniž by se negativně ovlivnila jeho stabilita a spolehlivost? Samotné snižování spotřeby materiálu a energie nestačí. Pokud si chtějí malé či střední podniky, ale i globální společnosti udržet konkurenceschopnost, musí začít rychle jednat a začít se vážně zabývat novými trendy v oboru lehkých a ultralehkých konstrukcí. Vzhledem k tomu, že konvenční technologie lehkých konstrukcí pomalu dosahují hranic svých možností, je nutné hledat nové, inovativní přístupy. Tomuto tématu byla věnovaná velká pozornost na letošním Hannover Messe v průběhu rámcové výstavy „Industrial Supply“. Současným trendem v oboru lehkých konstrukcí je vytvrzování kontinuálními vlákny, kam patří vytváření pevnějších mechanických struktur prostřednictvím orientovaných vláken. Hlavním tahounem tohoto oboru je automobilový průmysl. Tuto technologii využívá například automobilka BMW ve své produktové řadě i, kde ve výrobě podvozků používá polymer tvrzený uhlíkovými vlákny (CFRP). Termoplastické systémy ale mají obrovský potenciál i ve výrobě předních nárazníků, sedadel, pedálů a sloupků – minimalizují hmotnost a současně zajišťují stabilitu. Ultralehké sedadlo do automobilu vystavovala na Hannover Messe také společnost Automotive Management Consulting (AMC) z Horního Bavorska metodou „xFK in 3D“. „xFK in 3D“ je značka společnosti AMC pro vysoce flexibilní, cenově výhodnou a udržitelnou technologii vláknových kompozitů pro navíjení komponent, navrženou pro různá odvětví a segmenty trhu. Tato metoda v podstatě řeší, jak zabalit vláknové kompozitní součásti vyrobené ze skleněných, uhlíkových, basaltových a dalších přírodních vláken tak, aby se daly vyrobit ve třech rozměrech. Výsledkem je kontinuální vlákno, které lze použít k další výrobě ultralehkých konstrukcí s minimálním odpadem. Srovnatelné sedačky váží nejméně 12 kg, což často nezahrnuje spodní konstrukci sedadla. Sedadlo vyrobené pomocí „xFK ve 3D“ je nejméně o 20 % lehčí, a to včetně spodní konstrukce. Hybridní lehká konstrukce závisí na správné kombinaci materiálů. V současné době se stále více upřednostňují kombinace uhlíkem tvrzených materiálů, jako je hliník, ocel, hořčík, které splňují požadavky na specifická zatížení, před používáním dražších monolitických va- riant. Výsledkem jsou tužší, pevnější a tvrdší komponenty, které účinněji tlumí vibrace. S výrobci letadel a automobilů při zavádění hybridních lehkých konstrukcí úzce spolupracuje například společnost Engel, výrobce vstřikovacích strojů. Ve svém technologickém centru nedávno vyvinuli komponentu pro nový pick- and-place robot. Vytvrzením hliníkových odlitků pomocí termoplastické polymerní pásky z uhlíkových vláken dokázal Engel snížit hmotnost otočného ramena robotu přibližně o 40 %. Robot také spotřebovává při uchopování předmětů méně elektřiny a dosahuje o 20 % většího zrychlení. Aditivní výroba se st ává standardem 3D tisk způsobil během několika posledních let na poli lehkých konstrukcí doslova revoluci. Tato metoda, která ovšem ani zdaleka není nová, totiž umožňuje výrobcům vytvořit v jediném kroku libovolný trojrozměrný formát, a to bez použití jakýchkoliv nástrojů. 3D tiskárny mohou dokonce vytvářet vysoce komplexní struktury, vnitřní funkční části a složitá členění. A co víc, vytištěná komponenta může vážit až o 50 % méně než v případě, kdy je vyrobena tradičními postupy. Bionika: řešení inspirované přírodou Dalším zajímavým trendem v oboru lehkých konstrukcí je inspirace přírodou. Bionika chápe technologii jako stránku vytrženou z knihy přírody. Její základní myšlenkou je studovat a nechat se inspirovat tím, jak se flóra i fauna, jako jsou stromy, ryby a ptáci, dokonale přizpůsobují svému prostředí. Zvířecí říší se například několikrát inspiroval výrobce sedaček Recaro. Jeho návrháři využili ke konstrukci sedadel elektromobilu strukturu kůže plazů. Jejich konstrukce je prostorově úsporná a stabilní. Díky žábrám podobným větracím otvorům je navíc také příjemně prodyšná. Inspiraci v přírodě nalezli také vědci z univerzity v Saarlandu, kteří využili principu, jakým je „zkonstruována“ lidská kost, a ten využili k výrobě kovové pěny: skládá se z tvrdé skořápky a vnitřku tvořeného z jemných proužků, které používají relativně málo materiálu, v kombinaci se spoustou dutin. Takto vyráběné desky z kovových pěnových materiálů již existují, ale stávající řešení jsou často příliš složitá na výrobu, drahá a používané pásky mnohdy nevyhovují požadovaným účelům z hlediska pevnosti. Tým výzkumníků nyní přišel s nápadem potáhnout každý z těchto malých kousků patentovanou technikou. Výsledkem je, že pěny jsou celkově tak silné, že jsou schopny odolat například i tlakovým a zvukovým vlnám. Tento nový produkt bude uveden na trh spin-off firmou univerzity Saarlandu MacPanther Materials. Lehčí budou i solární panely Hmotnost solárních panelů se začíná úzkostlivě počítat především v situacích, kdy se mají umístit na střechy budov s limitovanou nosností. Novou, patentovanou technologii výroby solárních modulů představila na Hannover Messe společnost SunMan z Hongkongu. Solární panely SunMan nemají žádnou ochrannou skleněnou vrstvu. Místo toho využívají patentované kompozitní materiály, díky čemuž mají tloušťku pouze asi 2 mm. To umožnilo pochopitelně výrazně snížit hmotnost solárních panelů. Zatímco běžné moduly dosahují hmotnosti 15–20 kg na metr čtvereční, panely prodávané pod názvem eArche mají pouhých 3,5–5 kg na metr čtvereční. Podle společnosti SunMan nabízejí moduly eArche s přibližně 18% účinností konverze krystalických křemíkových článků stejný výkon jako běžné solární moduly, a jsou údajně dokonce účinnější než tenkovrstvé moduly. Kromě výrazně nižší hmotnosti mají také výhodu snadné instalace – dají se jednoduše nalepit. V únoru 2019 byly moduly eArche instalovány na střeše radnice ve Waldkirchu nedaleko Freiburgu, kde generují výkon 190 kW. Cenu ThinKing Award 2018 letos dostalo ultralehké vozidlo Státní agentura pro lehké konstrukce Bádenska-Württemberska, Leichtbau BW, upozorňuje každý měsíc na některé inovativní řešení, které označuje jako ThinKing. Na konci roku je vždy jedno z dvanácti řešení oceněno jako ThinKing roku. Za nejlepší inovaci roku 2018 v oboru ultralehkých konstrukcí bylo zvoleno auto navržené společností Emm! Solutions se sídlem ve Weil der Stadt nedaleko Stuttgartu. Díky plně digitalizovanému procesnímu řetězci trval jeho vývoj pouze čtyři měsíce. Společnost Emm! Solutions vyvinula jednosedadlový elektromobil ILO1, který váží pouhých 450 kg. Vozidlo vděčí za svou neuvěřitelně nízkou hmotnost využití uhlíkových a 3D vytištěných konstrukčních dílů. Čtyři modely ILO1 již dokonce i získaly licenci pro používání ve veřejném provozu; páté vozidlo, které má další technická vylepšení, je v současné době v procesu schvalování. Andrea Cejnarová, Hannover
