Zpět

2. března 2024

Zajímavosti

3D tisk

technologie

zajímavosti

Aditivní výroba

Technologie budoucnosti, která mění zavedené výrobní a vývojové procesy. Je známá také jako inkrementální neboli přírůstková technologie, zkráceně či symbolicky označovaná jako 3D tisk, případně AM z anglického termínu Additive Manufacturing. Její podstatou je tvorba trojrozměrných pevných objektů vertikálním skládáním horizontálních vrstev materiálu na základě digitální předlohy. Jako materiál se dnes nejčastěji používají kompozity a polymery, tisknout však lze také z kovu, skla či buněčného materiálu. Do skupiny aditivních technologií dne patří více než dvě desítky samostatných typů výroby, mezi jinými například modelování termoplastu (FDM, Fused Deposition Modeling) či selektivní laserové spékání (SLS, Selective Laser Sintering) pracující s CO2 laserem a práškovým materiálem.

Komerční nástup aditivní výroby startoval v USA na počátku poslední dekády minulého století, v České republice se 3D technologie v průmyslovém využití objevují – možná překvapivě – jen s minimálním zpožděním již ve druhé polovině zmíněného desetiletí. Dnes je využívají v Česku například Škoda Auto a mnozí výrobci ze segmentu automobilového a leteckého průmyslu, ale i další výrobci, například Tescoma či Fosfa. Česko hraje významnou roli i ve výrobě 3D zařízení, vždyť tiskárna Prusa i3, která se zrodila v hlavě české vývojáře a vizionáře Josefa Průši v roce 2009, je dokonce nejoblíbenější osobní 3D tiskárnou na světě.

Obecní 3D tiskárna jako vize budoucnosti

Aditivní technologie Fosfa využívá již šest let

Přestože 3D tisk je již více než dvacet let trendem, který mění výrobu, v Česku stále není běžnou praxí. Pro některé se zdál být před lety jen zajímavou hračkou, mnozí mu naopak prorokovali ještě v minulém století pro velmi blízkou budoucnost zcela dominantní postavení v průmyslové výrobě. Tisknout lze totiž součástky, dům i třeba potraviny. Jaká je realita v Česku 2024? Odpověď může nabídnout i pohled do výroby břeclavského podniku Fosfa, který 3D tiskárny využívá v běžné praxi.

Ve Fosfě se myšlenkami na využití 3D tisku začali zabývat již před více než osmi 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. Ale je pravda, že nějaký čas spíše ležela ladem, chyběli ti správní lidé a asi jsme ani neuměli pro její využití vytvořit ten správný prostor. Takže začátky nebyly úplně idylické. Ale 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 osmdesátých letech XX. 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 přístrojů 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 využívají ve Fosfě 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. 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). To je ale materiál, který má teplotní omezení, takže některé díly tiskneme z polymeru s využitím spojitých uhlíkových vláken a na to máme právě nejnovější tiskárnu, Markforged Mark. 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 se snažíme používat až když jsme si jistí, že to má smysl, protože je to dražší provozně i materiálem. Takže všechny prototypy 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 či lépe předpříprava. 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 scan či fotogrammetrie. Nejrozšířenější a často nejsnazší a nejrychlejší cestou je pro šikovného konstruktéra CAD. Uvažovali jsme i o pořízení 3D scanneru, jehož software je založen na tom, že řadu věcí dopočítává a využívá i nejrůznější vyhlazovací algoritmy. Stále se ale neobejde bez lidské korekce. Poslední možností, a osobně ji považuji za velmi zajímavou, je fotogrammetrie, kdy speciální software sestrojí 3D model z několika desítek fotografií. U této cesty je zatím limitující přesnost, která rozhodně nejde k setinám milimetru, ale věřím, že umělá inteligence současné limity 3D scannerů i fotogrammetrie velmi rychle vymaže,“ vysvětluje Jakub Svoboda.

Lépe, rychleji, levněji

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, nedává to ještě ekonomicky 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. Ale i čas kovu 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 třičtvrtě 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 € za kus, my jsme schopni je vyrobit za 1 200 Kč za kus. To asi komentář nepotřebuje,“ doplňuje Jakub Svoboda.

„V minulém roce jsme naistalovali a zprovoznili další 3D tiskárnu Průša v našem závodě Omnisal v Německu. Aktuálně jsme ve fázi nastavování systému spolupráce, tak abychom mohli požadavky, které v Omnisalu mají, plnit na dálku – konstrukční kancelář je v Břeclavia nyní ladíme procesy tak, aby mezi oběma závody cestovala data a ne materiály,“ doplňuje Filip Grob aktuální pohled a zdůrazňuje, že pro Fosfu není přínosem aditivních technologií pouhá finanční úspora:  „Ta je zřejmá už z toho, co zmínil Jakub, investice se v našem případě vrací za dobu kratší než rok. Ale jsou tu i měkké úspory – šetříme čas, máme větší možnosti pokud jde o vývoj nových technologií, učíme se lépe pracovat s materiálem, roste kvalita naší konstrukce.“

Výhody aditivních technologií jsou zkrátka nesporné. I proto Fosfa tuto oblast akcentuje i v přípravě budoucích zaměstnanců. A s 3D tiskárnami a technologií 3D tisku se setkají i studenti nové třídy F na břeclavské průmyslovce. Ostatně, je to studijní obor, který právě Fosfa se svými partnery – břeclavskou Střední školou Edvarda Beneše a Fakultou strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně – připravili a poprvé se studentům otevře v září tohoto roku.

Třída F je cestou, aby se ta slova naplnila. Aby se absolventi v průběhu studia setkali skutečně s těmi nejvyspělejšími technologiemi a uměli s nimi pracovat.

Zajímá vás něco? Potřebujete poradit?

Zeptejte se. Odpoví vám Hana...

Hana Černohorská

PR manažerka projektu FOSFA Edu