3D tisk kovů se začíná prosazovat v průmyslu. Zatím se využívá hlavně pro výrobu prototypů a nástrojů

Losangeleský start-up Divergent 3D má plán, jak rozvrátit (tradiční) výrobu automobilů, hlásal před nedávnem titulek článku v magazínu Forbes. Firma podnikatele Kevina Czingera vyvinula prototypy sportovního motocyklu a automobilu, jejichž součástky jsou z velké části vytištěné na 3D tiskárnách. Czinger díky tomu získal desítky milionů dolarů od investorů a jeho firma na vývoji technologií pro levnější produkci automobilů spolupracuje dokonce s francouzským koncernem PSA. On sám a řada dalších vizionářů prohlašují, že Průmysl 4.0 převrátí výrobu naruby, stávající dodavatelské řetězce se zhroutí, a dokonce i tak sofistikované produkty, jakými jsou automobily, bude možné vyrábět lokálně pomocí 3D tisku. Už nebude nutné převážet hotové výrobky přes půl světa, cestovat budou pouze data a ta to zvládnou mnohem rychleji.

Ano, třeba to tak jednou opravdu bude, ale jak daleko jsme od této mety? Dosáhneme jí za pět, nebo spíš za 20 let? V propletenci obchodních zájmů dnešních věrozvěstů revolučního nástupu průmyslové digitalizace či 3D tisku není jednoduché se vyznat a mnohdy se v něm ztrácí i zdravý rozum. Ten pomůže zachovat jedině znalost technologických možností, ale i omezení, která nové výrobní postupy v současném stupni vývoje přináší, a dobrý odhad, kam se v dohledné době mohou posunout.

Jiný přístup ke konstruování

I kovové součásti je už řadu let možné takzvaně tisknout, tedy vyrábět aditivně, postupným přidáváním jednotlivých vrstev. Cena je ale vzhledem k ceně zařízení a času potřebnému k tisku ve většině případů výrazně vyšší než cena součásti vyrobené konvenčními technologiemi. Z toho je jasné, k čemu se 3D tisk kovů nehodí − k hromadné výrobě součástí, které je možné vyrobit obráběním, odléváním nebo třeba svařováním. "Zásadní výhodou aditivní výroby kovových součástí je fakt, že se složitostí výrobku neroste jeho cena. U jiných technologií to neplatí − výrobky složitějších tvarů jsou vždy dražší," upozorňuje Libor Beránek, vedoucí Ústavu technologie obrábění, projektování a metrologie na Fakultě strojní pražského ČVUT. "Aditivní výroba úplně mění přístup ke konstruování. Lze provádět topologické optimalizace dílů nebo ušetřit vnitřní materiál − plné stěny součásti může nahradit nějaká složitá prostorová struktura, která přenáší zatížení podobně, ale je mnohem lehčí," dodává.

3D tisk kovů se začíná prosazovat v průmyslu. Zatím se využívá hlavně pro výrobu prototypů a nástrojů

Další 2
fotografie

Takzvanou topologickou optimalizací je možné pomocí speciálních algoritmů nalézt optimální tvar součásti (například z hlediska její hmotnosti) při znalosti prostředí (připojovacích rozměrů, podpor a podobně) a zatížení, které na součást působí. Výsledkem jsou často z pohledu klasických výrobních technologií velmi netradiční tvary připomínající struktury, které se vyskytují v přírodě − takzvané bionické konstrukce. Jinými než aditivními postupy by jejich výroba byla nemožná nebo velmi drahá.

Jsou tu ale i některé nevýhody. "Rozměrová přesnost a kvalita povrchu aditivně vyrobených součástí je horší než třeba u přesných odlitků. Zatímco u obráběných dílů dosahujeme přesnosti řádově v setinách či tisícinách milimetru, u 3D tisku je realistické očekávat desetiny milimetru. Podobné je to s kvalitou povrchu," vysvětluje Libor Beránek. To znamená, že většinu funkčních ploch součástí bude třeba po vytištění ještě obrobit. Tady se ale podle Beránka skrývá další zádrhel: "Topologicky optimalizované díly se složitě upínají do obráběcích strojů, náročnější je i samotné programování obrábění." Pro součásti ve všech směrech zakřivené a rozměrově nepřesné je obtížné i vyvinout speciální upínací nářadí, takzvané přípravky. To vše součástky vyrobené aditivní technologií dále prodražuje. V technické praxi navíc podle Beránka dnes chybí znalost, jak díly od začátku konstruovat pro 3D tisk. Pro konstruktéry není snadné se na nový způsob práce rychle přeorientovat.