Technický týdeník č. 05/2023

Jak zajistit vůdčí postavení zemí Evropské unie na trhu prostřednictvím produktů aditivní výroby?

Jedním z možných řešení je návrh evropského partnerství veřejného a soukromého sektoru (PPP) pro aditivní výrobu

Odborníci spolupracující s Evropskou asociací průmyslu výrobních strojů se systematicky zabývají problematikou aditivní výroby a využití jejích technologií při výrobě obráběcích a tvářecích strojů. Následující materiál, s nímž postupně seznámíme čtenáře Technického týdeníku, shrnuje některé základní poznatky z tohoto oboru a především naznačí možnosti, jakými tyto technologie mohou přispět ke zvýšení konkurenceschopnosti evropského průmyslu výrobních strojů na světových trzích. Svaz strojírenské technologie, respektive jeho členské firmy, spolupracují v oblasti aditivních technologií především s odborníky z výzkumného centra RCMT při Fakultě strojní Českého vysokého učení technického v Praze

Klíčový pojem a definice aditivní výroby

Norma ISO/ASTM 52900:2015 stanovuje a definuje pojmy používané v technologii aditivní výroby (AM), která uplatňuje princip aditivního tvarování, při němž dochází k produkci 3D předmětů metodou postupného přidávání materiálu.

AM, známá také jako 3D tisk, se používá k vytváření modelů, prototypů, vzorů, nástrojů a výrobních dílů. Aby mohl někdo vytvořit objekt pomocí AM, musí nejprve vytvořit návrh. To se obvykle provádí pomocí softwaru CAD (Computer Aided Design) nebo naskenováním objektu, který chceme vytisknout. Software pak převede návrh do struktury, kterou stroj AM postupně vytváří vrstvu po vrstvě. Tato metoda umožňuje vytvářet díly se složitou geometrií a vnitřní strukturou, které by bylo obtížné nebo dokonce nemožné vyrobit pomocí jiných technologií.

Oblasti použití a výhody

Technologie aditivní výroby se používají v široké škále průmyslových odvětví, které přinášejí inovace, jež nám pomáhají zvýšit jejich přidanou hodnotu a konkurenceschopnost:

Příklady odvětví využívajících AM:

- Zdravotnictví: lékařské přístroje, implantáty a protézy na míru, stejně jako k vytváření modelů pro plánování a nácvik chirurgických zákroků.

- Letecký a obranný průmysl: složité díly při současném snížení hmotnosti a zvýšení efektivity.

- Architektura a stavebnictví: architektonické modely a stavební komponenty, například fasádní prvky, střešní konstrukce a okenní rámy.

- Automobilový průmysl: k výrobě dílů, prototypů a nástrojů.

- Spotřební zboží: zde existuje široká škála spotřebního zboží, jako jsou hračky, kuchyňské potřeby a elektronika.

- Energetika: ke zlepšení účinnosti, snížení nákladů a zvýšení udržitelnosti (například vývoj prototypů, výroba náhradních dílů a součástí pro obnovitelné zdroje energie, výroba nástrojů).

- Vzdělávání a výzkum: výroba fyzických modelů pro účely výzkumu a výuky.

- Průmyslová zařízení: k výrobě nástrojů, forem, přípravků a modelů s rozšířenou funkčností.

Mezi hlavní důvody, proč tato odvětví využívají aplikace AM, patří například:

- Rychlejší vývoj výrobků: Zkrácení vývojového cyklu výrobku.

- Úspory nákladů: Snížení nákladů pro výrobce (například při výrobě nástrojů a forem, v dopravě a logistice).

- Přizpůsobení na míru: To může být užitečné pro společnosti, které nabízejí personalizované výrobky nebo služby.

- Větší flexibilita designu: Umožňuje výrobu složitých geometrií a designů, které by tradiční výrobní metody nemusely umožnit.

- Udržitelnost: Snížení množství odpadu, emisí z dopravy, zvýšení využití materiálů a zlepšení životního cyklu výrobku.

- Snížení skladových zásob: Umožňuje výrobu na vyžádání a snižuje potřebu velkých zásob hotových výrobků.

- Zlepšení kvality: Výroba dílů se stálou kvalitou a přesností.

Překážky pro využití AM

AM byla poprvé komerčně využita v polovině 80. let 20. století k výrobě koncepčních modelů, designových nebo funkčních prototypů nebo k výrobě dílů v malých objemech, i když se už tehdy stává ceněnou součástí výrobních procesů. Navzdory výhodám spojeným s AM se tato technologie na trhu prosazuje pomaleji, než by odpovídalo jejímu potenciálu, a to kvůli překážkám, které výrobcům brání v obecnější integraci AM technologií do výrobního procesu.

Mezi nejvýznamnější překážky bránící zavádění aplikací AM patří například:

- Vysoké počáteční náklady: Mnoho 3D tiskáren a souvisejících zařízení může být poměrně drahých, což malým podnikům a jednotlivcům ztěžuje přijetí této technologie.

- Omezené možnosti materiálů: V porovnání s tradičnějšími výrobními metodami je počet dostupných materiálů pro 3D tisk stále ještě poměrně omezený.

- Problémy s kvalitou a konzistencí: 3D tištěné díly nemusí mít stejnou pevnost, odolnost nebo přesnost jako díly vyrobené tradičními výrobními metodami.

- Nedostatek norem: V současné době existuje jen málo průmyslových standardů pro 3D tisk, což může společnostem ztěžovat integraci této technologie do jejich stávajících procesů.

- Omezené znalosti této technologie: Mnoho pracovníků v průmyslu stále není obeznámeno s možnostmi a omezeními 3D tisku, což může podnikům i jednotlivcům ztěžovat informované rozhodování o tom, zda tuto technologii ve své výrobní firmě použít či nikoliv.

- Omezená škálovatelnost: 3D tisk stále není vhodný pro masovou výrobu a použití této technologie k výrobě velkého množství dílů může být obtížné a nákladné.