Přestože 3D tisk je již více než dvacet let trendem, který mění výrobu, v Česku stále není běžnou praxí. Pro někoho se zdál být před lety jen zajímavou hračkou, mnozí mu naopak od počátku prorokovali dominantní postavení v průmyslové výrobě. Tisknout lze totiž součástky, dům i třeba potraviny. Jaká je realita v Česku 2021? Odpověď může nabídnout i pohled do výroby břeclavského podniku Fosfa, který 3D tiskárny využívá v běžné praxi.
Ve firmě Fosfa se myšlenkami na využití 3D tisku začali zabývat již před více než pěti lety, nicméně nějaký čas trvalo, než se podařilo plány přetavit ve skutečnost. Důvodů bylo více. „Myšlenky jsou možná ještě staršího data, první tiskárna Průša k nám pak přišla někdy v roce 2015. Nějaký čas však spíše ležela ladem, chyběli správní lidé a asi jsme ani neuměli pro její využití vytvořit ten správný prostor. Začátky tedy nebyly úplně idylické. Nicméně v poledních třech letech jsme to rozjeli naplno a výsledky jsou vidět,“ říká Filip Grob, technický ředitel a ředitel výroby fosforečných solí Fosfa.
Od historie po současnost Vývoj 3D tisku má kořeny již v 80. letech 20. století, první patent, tehdy neschválený, podal v roce 1980 Japonec Hideo Kodama. Úspěšný byl až o šest let později s technologií stereolitografie (SLA) Američan Chuck Hull, který založil společnost 3D Systems a představil veřejně zařízení SLA-1, první 3D tiskárnu (řečeno dnešní terminologií). Do roku 1996 se po celém světě prodalo přes 600 různých typů těchto zařízení a společnost 3D Systems je dodnes lídrem segmentu. Technologie sama prodělává od prvopočátku bouřlivý rozvoj, vždyť již roce 1993 Massachusettský technologický institut patentuje technologii využívající práškový materiál a tekuté pojidlo, což byl počátek vývoje skutečných 3D tiskáren. Dnes ve společnosti Fosfa využívají celkem tři zařízení — dvě jsou v plné permanenci, třetí, které je přece jen sofistikovanější a provozně dražší, si zatím občas odpočine. „Jsou to dvě tiskárny od Průši a jeden Markforged Mark II. Jeden Průša je upraven tak, aby lépe vyhovoval potřebám tisku z akrylonitrilbutadienstyrenu (ABS), protože to je materiál, který má tendenci se na podložce kroutit a potřebuje stálou teplotu. Druhý využíváme pro tisk z polyethylentereftalátu (PET). Tento materiál však má teplotní omezení, takže některé díly tiskneme z polymeru s využitím spojitých uhlíkových vláken, právě na to máme nejnovější tiskárnu Markforged Mark II. Teď zrovna jsme na ní tiskli rotor pro vývěvu, v níž je teplota kolem 150 °C, a to PET už nezvládá, zatímco polymer snáší i teplotu až 180 °C. A potvrzuji, Průšové běží pořád, Markforged Mark II se snažíme používat, až když jsme si jistí, že to má smysl, protože je dražší provozně i materiálem. Všechny prototypy proto nejprve zkoušíme na Průšovi,“ doplňuje Jakub Svoboda z konstrukčního oddělení Fosfa, který s 3D tiskárnami přímo pracuje.
Úskalí předpřípravy Zatímco samotný 3D tisk je již poměrně propracovanou technologií s širokou škálou materiálů, masivnějšímu rozšíření aditivních technologií možná brání nutná příprava. Tiskárna totiž vytiskne cokoliv, k čemu má digitální model. K němu vedou v zásadě tři cesty. „Buďto to konstruktér nakreslí v CAD nebo jiném podobném softwaru, nebo se používá 3D sken, či fotogrammetrie [rekonstrukce tvarů, měření rozměrů a případně určování polohy předmětů z fotografií — pozn. red.]. Nejrozšířenější, často i nejsnazší a nejrychlejší cestou je pro šikovného konstruktéra CAD. Uvažovali jsme také o pořízení 3D scanneru, ale má své limity jak co do velikosti, tak detailů. Jeho software je založen na tom, že řadu věcí dopočítává a využívá i nejrůznější vyhlazovací algoritmy, což ovšem může být kontraproduktivní, když třeba vyhladí závit nebo jinak dopočítá lesklé plochy. Neobejde se proto bez lidské korekce, která je někdy složitější než vytvoření modelu v CAD. Poslední možností, kterou osobně považuji za velmi zajímavou, je fotogrammetrie, kde speciální software sestrojí 3D model z několika desítek fotografií. U této cesty je zatím limitující přesnost, jež rozhodně nejde k setinám milimetru, ale věřím, že umělá inteligence současné limity 3D skenerů i fotogrammetrie velmi rychle vymaže,“ vysvětluje Jakub Svoboda.
Investice s rychlou návratností Fosfa dnes významně posílila svou soběstačnost, pokud jde o dodávky náhradních dílů. Řadu z nich již její konstruktéři vymodelovali a vytiskli, drtivá většina se osvědčila. „Z kovu zatím netiskneme, byť jsme před půlrokem o tom i uvažovali, nicméně ekonomicky to ještě nedává smysl, protože co soustružník vyrobí za dvanáct set a z polymeru vytiskneme za pár stovek, to bychom tiskem z kovu pořídili třeba za pět tisíc. I čas kovu ovšem přijde, existují technologie, které zvládají komplexní zpracování od jemného prosívání prášku přes vlastní tisk až po recyklaci, všechno v jedné krabici. Což vypadá zajímavě, ale museli bychom mít důvod a potřebu vyrábět něco, co stávajícími technologiemi nedokážeme lépe, rychleji nebo levněji,“ říká Jakub Svoboda a vysvětluje, že v současnosti aditivní tisk pro Fosfu znamená především náhradu duralových součástek. Například duralový držák na pětadvacetikilové pytle ve svém nejužším místě často praskal. Ten, který si sami vytiskli, je po tři čtvrtě roce provozu jako nový. Stačilo vyřešit problém se závitem, k čemuž stačilo zatavit do nového držáku při tisku kovové matky. „Je důležité naučit se s tou technologií i myslet. Máme díly, které v originále stojí 2 000 eur za kus, my jsme schopni je vyrobit za 1 200 korun za kus. To asi komentář nepotřebuje,“ doplňuje Jakub Svoboda. Přínos aditivních technologií je ale ještě širší. „Tvrdá finanční úspora je zřejmá už z toho, co zmínil Jakub, investice se v našem případě vrací za dobu kratší než rok. Jsou tu ale i měkké úspory. Šetříme čas, máme větší možnosti, pokud jde o vývoj nových technologií, učíme se lépe pracovat s materiálem, roste kvalita naší konstrukce,“ vypočítává klady 3D technologií v průmyslovém využití Filip Grob. Zrovna v současné době vyvíjí firemní konstrukce vlastní secí stroj pro vertikální farmu. Jednotlivé díly by se sice daly koupit, ale ne v dispozicích, ve kterých je Fosfa potřebuje. Nebo jiný příklad: běžně dodávaná ozubená kola konstruktéři ve Fosfě opatřili ještě jednou řadou zubů a začali je tisknout místo kupovat. Drobnou chytrou inovací a změnou materiálu dosáhli výrazného zvýšení životnosti těchto dílů. Nezávislost při vývoji je zkrátka neocenitelná.
3D tisk jako veřejná služba Současnost Fosfy je bez 3D technologií v podstatě nemyslitelná. Důkazem jsou i nejbližší plány společnosti, které Filip Grob netají: „Prioritou je nyní, po pozitivních zkušenostech v Břeclavi, zavést 3D technologie do naší německé továrny. To bychom chtěli stihnout letos v létě. Druhý cíl míří směrem, který jsme sice na vedení již diskutovali, ale ještě ho ve firemních plánech pevně zakotven nemáme, nicméně ho prozradím: míříme k tomu, nabídnout 3D tisk jako službu. Nejprve interně, našim zaměstnancům, možná partnerům. V dlouhodobém horizontu si ovšem umím představit, a chci to navrhovat panu majiteli, že to budeme nabízet jako veřejnou, externí službu. Naše centrální údržba, pod kterou konstrukce ve firemní struktuře spadá, by měla obsloužit nejen naše provozy, ale měla by si na sebe začít vydělávat i službami za hranice firmy. Vždyť dnes nejsou žádnou výjimkou situace, kdy potřebujete jednu součástku, řádově za pár korun, kterou však nemůžete sehnat a musíte koupit celý nový výrobek za několik set či tisíc. Doručovací boxy jsou dnes všude, kurýři doručují kamkoliv, proč to nevyužít pro novou službu? Stačí, když nafotíte podle instrukcí požadovanou součástku a za dva dny ji můžete mít doma.“ Možná se to může zdát jako fantasmagorie, ale třeba to nebude dlouho trvat a v každé vesnici bude vedle obecní knihovny také obecní tiskárna. Možná to zažije i generace budoucích konstruktérů, kteří se v rámci studijní praxe s 3D technologiemi setkávají v břeclavské průmyslovce a ve Fosfě. „Zatím nemají tolik motivace, na školách je obecně zatím na tyto nové technologie méně času, než by bylo možná potřeba. Máme však s touto školou výbornou spolupráci, a když jsou studenti u nás na praxi, snažíme se je dovést k tomu, aby si něco vymysleli, navrhli a vytiskli. To může být generace, která bude 3D tisk už brát tak jako my mobilní telefony,“ dívá se do budoucnosti Jakub Svoboda. /www.fosfa.cz/
