Aditivní výroba je technologií, která se již v českém průmyslu dobře etablovala. Hojně je využívána zejména při výrobě prototypů. Avšak jde také o technologii, která se zejména v posledních letech výrazně rozvíjí a možností aplikace tak přibývá rychlým tempem. Podle Tomáše Soókyho, výkonného ředitele společnosti 3Dwiser, tak 3D tisk proniká nejen do procesu výroby, ale také do oblasti údržby strojů.
Kde všude lze nyní v průmyslu využít produkty vyrobené na 3D tiskárně?
Prakticky každý podnik, v němž existuje oddělení vývoje, dnes pomocí 3D tisku vyrábí prototypy dílů či celých výrobků. Na nich konstruktéři testují různé vlastnosti od designu přes tvar a ergonomii až po funkčnost. Výroba prototypu pomocí 3D tisku je jednoduchá a dá se realizovat přímo ve firmě, v podstatě na počkání. To výrazně zrychluje proces a snižuje náklady na vývoj. Čím dál častěji se ale s tištěnými díly setkáváme také přímo na halách, kde jsou součástí různých strojů, robotů a příslušenství. Typicky jde třeba o různé přípravky, jako jsou držáky, úchyty, ale třeba také palety nebo robotická chapadla. Ta se běžně dělají z hliníku, což znamená, že mohou třeba v případě chyby v manipulaci poškrábat či jinak poškodit díl, se kterým operují. Takové chapadlo má navíc samo o sobě vyšší hmotnost a vyžaduje tak nasazení robustnějších robotických ramen. Pokud se však chapadlo nahradí vhodně vyrobeným pomocí 3D tisku, a ze správně zvoleného materiálu, může firma koupit ramena dimenzovaná na menší zátěž a výrazně tak snížit náklady. V progresivních společnostech dnes začíná být samozřejmostí, že se 3D tisk využívá také v oblasti údržby. Firmy si tak například zajišťují plynulý chod výroby.
Předpokládám, že jde o využití nejen v oblasti prevence, ale zejména řešení havarijních situací…
Ano a uvedu vám příklad z praxe. Jedna firma se na nás obrátila s prosbou, zda bychom dokázali v rámci maximálně desítek hodin vyrobit konkrétní díl, který jim praskl na výrobní lince. My jsme díl přes noc namodelovali, pomocí tří technologií vytiskli tři varianty a ráno jim je hotové předali. I když celá tato v podstatě pohotovostní akce vyšla na nižší tisíce korun, dotyčné firmě se to vyplatilo, protože nemuseli zastavit linku. Den výpadku v jejich případě představoval milionovou ztrátu. Náhradní díl od výrobce je sice podstatně levnější než námi zhotovený, ale dorazil až za tři týdny. V konečném důsledku tak firma předešla mnohamilionové ztrátě. Právě v takových situacích spočívá vysoká návratnost. Stačí si porovnat cenu vyrobeného dílu z 3D tisku s dílem vyráběným klasickou metodou od výrobce linky a zohlednit skutečně všechny náklady. Tištěný díl může sice vyjít dráž, ale když víte, že každý den prostoje vás bude stát ohromné peníze, má aditivní výroba jednoznačně smysl. I to je důvod, proč už mají výrobní firmy většinou vlastní 3D tiskárnu a mohou si tak třeba lépe plánovat preventivní údržbu a samozřejmě okamžitě řešit případné problémy, ale i inovace.
Do jaké míry lze dnes 3D tisk využívat třeba s ohledem na bezpečnost; existují již nějaké standardy, které by to jasně definovaly? Pro aditivní výrobu zatím nejsou definované žádné ISO normy, byť se na nich pracuje. Už jsem viděl i nějaké prvotní návrhy. 3D tisk se tedy zatím používá pouze pro aplikace, které nejsou „business critical“. Když tisknete, materiál se neodebírá, ale přidává, což u plastů trochu mění jeho vlastnosti v různých osách a zatím je zkrátka není možné univerzálně garantovat. Někteří velcí vývojáři softwaru pro konstruování sice připravují a testují moduly, které by měly umět simulovat mechanické vlastnosti tištěných dílů, zatím však ještě tyto moduly nejsou zdaleka komerčně k dispozici. Znamená to, že tisk z plastů v současnosti nelze používat například pro funkční díly v letadlech, autech či vlacích. Nicméně už existují materiály, které jsou nehořlavé, takže mohou být na palubě letadla třeba jako součást skříněk. Dalo by se říci, že s každou novou technologií a každým novým materiálem se okruh aplikací zvětšuje, ale tím, jak neexistují standardy, je 3D tisk stále ještě tak trochu o hledání metodou pokus-omyl a zkrátka jsou oblasti, kam zatím z pochopitelných důvodů vůbec nesmí. Což je v podstatě jedna z jeho mála nevýhod.
Technologií pro 3D tisk jsou zhruba tři desítky, ale 80 % z nich pokrývají tisk z plastových či kovových strun, tisk z pryskyřice a tisk z prášku. Kam se tyto oblasti posouvají? Struny pro tisk termoplastů se vyrábějí z tisíců druhů materiálů, některé jsou vlastně naprosto obyčejné, jiné mají dost specifické mechanické vlastnosti, často díky příměsím. Mohou tak být vodivé, flexibilní, kluzké i nehořlavé. Zajímavou oblastí jsou však syntetické pryskyřice, tedy tekuté plasty, které se vytvrzují laserem, UV svícením či LED světlem. Tyto materiály se využívají tam, kde je třeba mít vysokou míru detailu, typicky na výrobu forem pro šperkaře či na výrobu testovacích forem. Pryskyřice však nacházejí hojné využití také v medicíně. Některé z nich už mají potřebné certifikace, takže je lze využívat pro výrobu různých zdravotnických propriet potřebných pro operace. Některé materiály mohou dokonce po nějaký čas zůstat v lidském těle. V USA se s 3D tiskem v medicíně pracuje více než v Evropě. Například je tam celkem běžné, že nemocnice mají své vlastní tiskárny a některé potřebné věci si mohou samy vyrábět. FDA [Food and Drug Administration — vládní agentura Spojených států amerických zodpovědná za kontrolu a regulaci potravin, doplňků stravy, léčiv — pozn. red.] například výjimkou povolila výrobu tyčinek pro testování na covid-19, když jich byl v určitých obdobích nedostatek, což v EU tak jednoduše nešlo.
A jak je na tom kovový 3D tisk? Velmi dlouho byly používané prakticky jen práškové technologie, které ale mají mnoho omezení. Je poměrně složité je skladovat i s nimi pracovat. Navíc jsou nesmírně nákladné. V současné době se už ale objevují technologie, u nichž lze pro výrobu dílu využít kovové struny, které se taví a poté tuhnou. Nejen, že je se strunami daleko bezpečnější práce než s práškem, ale jak stroj, tak materiál jsou řádově levnější. Už také existuje poměrně široká paleta materiálů, od nerezové ocele přes titan až po měď, a tiskárna je univerzální. Stačí mít jednu a kovy v ní střídat. Jistou nevýhodou tisku z kovových strun je ovšem přesnost, která se počítá pouze na desetiny milimetru. Vytisknuté díly je proto ještě nutné následně doobrobit do požadovaných rozměrů. Každopádně se tento tisk uplatní zejména tam, kde je rychle potřeba vyrobit tvar, ale z různých důvodů nedává smysl odlévat formu. Nebo tam, kde potřebujete tvar, který zkrátka nelze odlít, protože má složitou vnitřní strukturu. Výhodou je, že s výtiskem se dá dále pracovat jako s plnohodnotným kovem. Má stejné fyzikální i chemické vlastnosti a někdy může být výtisk dokonce kvalitnější než díl vyrobený jinou technologií. Kovový 3D tisk navíc také umí výrazně šetřit náklady, protože při obrábění specifických tvarů vzniká ohromné množství odpadu, což výrobu zpravidla prodražuje.
Aditivní výroba se neobejde bez kvalitně zpracovaných a digitalizovaných výkresů. Může to být jeden z faktorů na překážku v dalším rozvoji 3D tisku v Česku? Díky postupné adaptaci procesů Průmyslu 4.0 u nás roste digitalizace dat, a tím tedy i možnosti 3D tisku. Nicméně v poměrně velkém procentu případů mají firmy data ve 2D, typicky třeba historické strojařské podniky. Dost často se stává, že mají výkresy ještě na papíře v archivech, a pokud je něco digitalizované, tak právě jen do podoby 2D výkresu. Když takový zákazník poptává náhradní díl u stroje, který se už třeba dávno sériově nevyrábí, a dokumentace chybí nebo není kvalitní, musí konstruktér často díl celý znovu nakreslit ve 3D na základě dostupných údajů, případně vlastním měřením či za pomoci 3D skenu. Samozřejmě, už existují softwarové nástroje, které umí výkres ve 2D převést do 3D, ale ty jsou hodně nákladné a nejsou dokonalé. Navíc v případech, o kterých hovořím, se často skutečně jedná o dokumentaci z archivů, která není kompletní, nebo není jisté, zda jde o poslední verzi. Proto je jednodušší díl vzít a celý znovu překreslit než se složitě trápit digitalizací starých dokumentů.
Existují v oboru ještě další nějaká úskalí? Ano, bohužel tím největším a nejzásadnějším je neznalost. Zejména ve výrobě se setkávám s tím, že mají lidé zažité určité postupy, kterými odvádějí svou práci dlouhé roky. Nezáleží na tom, zda jde o konstruktéry, operátory, či mechaniky. Tyto profese již mají své cesty vedoucí jednoduše k cíli a nemají tak příliš velkou potřebu experimentovat. A tím, že se technologie aditivní výroby na školách zatím učí spíše okrajově, a navíc chybějí normy, volí firmy často tuto jednodušší cestu. Typicky hovořím o takových těch tradičních jistotách, jako je například dodávání dílů z Číny. Ty však v průběhu posledních dvou let prakticky zmizely. Firmy proto musely začít přemýšlet, čím tyto jistoty nahradit, a musely vstoupit do pro ně neprobádaných vod aditivní výroby — 3D tisku. To bude mít ale pozitivní efekt i v tom, že se 3D tisk jako technologie začne využívat ještě více, což povede u mnoha firem ke zvýšení efektivity a udržení konkurenceschopnosti. /Kristina Kadlas Blümelová/
