3D tisk kovů nachází cestu do výrobních linek. Boom táhne obranný průmysl

Letos v listopadu se v hale společnosti ONE3D uskutečnila velká show za účasti desítek lidí z českého průmyslu. Firma z Mohelnice na severu Moravy, která patří k lídrům tuzemského kovového 3D tisku, zde představila svůj úplně nový stroj na tisk kovových dílů. Na nejmodernější průmyslové tiskárně od výrobce Nikon SLM Solutions, kterou si česká firma pořídila, není ovšem zajímavá jen její cena – téměř 200 milionů korun. Už teď má ONE3D tři menší tiskárny na kov a další investice do strojů ještě přijdou. Zařízení s označením NXG 600E, jež je momentálně vlajkovou lodí německo‑japonského Nikonu pro průmysl, má v celé Evropě pouze zmíněná česká firma. Dalším uživatelem je třeba americký zbrojní a letecký koncern Lockheed Martin.

„Je to pro nás klíčová investice v naší cestě k pokročilé výrobě velkých dílů do leteckého a obranného průmyslu. Při velikostech okolo 1,5 metru se nám otevírají nevídané možnosti v oblasti motorů i nosných struktur. To vše v lepší kvalitě než u konvenčních litých materiálů,“ řekl David Kadlčík, obchodní ředitel a spolumajitel firmy ONE3D. Ta patří do strojírenské skupiny Thalor Group.

Unikátnost tiskárny je dobře vidět na jejím budoucím využití. Hlavní část její kapacity připadne na zákazníka Lockheed Martin. Výrobce bojových letounů F‑35 si u konsorcia, jehož součástí je ONE3D, výrobce proudových motorů PBS Group a Centrum HiLase Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR, dohodl vývoj alternativního způsobu výroby výfukové mřížky v motorech těchto stíhaček. Projekt má být hotový do roku 2029. Vedle Lockheedů má ale tiskárna podle Kadlčíka na delší dobu dopředu zajištěné i další komerční zakázky.

Proč si pořídit kovovou 3D tiskárnu

ONE3D není v Česku jediná, kdo kovový tisk používá. V tuzemském průmyslu je ale využití této technologie pořád dost menšinové. Nejčastěji se používá při vývoji prototypů. A ještě častěji než tisk kovových dílů se v průmyslu uplatňuje tisk těch plastových.

„Smyslem kovového 3D tisku určitě není nahradit obrábění a jiné konvenční metody, jak si možná mnozí myslí. Má doplnit tradiční výrobní technologie tam, kde narážejí na svoje limity,“ vysvětluje Jan Homola, dlouholetý propagátor 3D tisku a pořadatel konferencí a výstav o aditivní výrobě.

Hlavní výhoda 3D tisku je ve schopnosti vytvářet geometricky a prostorově komplikované kovové součásti. Pokud firma nevyrábí u dílů a součástek velké série, je pravděpodobné, že pro ni kovový tisk může být výhodný. „Všude tam, kde lze akceptovat vyšší výrobní náklady výměnou za jedinečné vlastnosti tištěných dílů,“ dodává Homola. Naprosto klíčová je schopnost uspořit hmotnost nebo dosáhnout jedinečných vlastností a tvarů konstrukce, jaké běžné výrobní metody nedovolí.

U aditivní výroby je v kalkulacích firem samozřejmě zásadní cena. Zvlášť když 3D tisk z kovů patří k těm nejdražším technologiím. Zatím mu dominuje tavení kovového prášku laserovým paprskem (SLM, Selective Laser Melting). „Teprve nedávno se objevily první tiskárny kovů s cenou pod jeden milion korun,“ upozornil Homola. Jde přitom jen o malé, jednolaserové stroje s nižší produktivitou, jež vyrábí malé díly, jako třeba zubní korunky. Zmíněný NXG 600E má těchto laserů 12.

Nejdostupnější SLM tiskárny s výkonnějšími lasery, k jejichž hlavním dodavatelům patří německá firma EOS, německo‑japonská Nikon SLM Solutions anebo čínská BLT, lze nyní pořídit už pod dva miliony korun. Skutečně špičková průmyslová tiskárna se čtyřmi a více lasery už je ale pro firmu investice v desítkách milionů korun.

V průmyslu se využívá také široká škála větších 3D plastových tiskáren, které postupným tavením nanášejí plastová vlákna (filamenty). Existují aplikace, kde vytištěné kompozitní polymerní díly dokážou zastoupit některé kovové, hlavně ty z hliníkových slitin. Jinak jsou ale plasty a kovy v průmyslovém tisku úplně odlišné světy, které mají společnou jen předponu 3D.

Pro pochopení využití 3D tisku v průmyslu je také důležité oddělit ho od početně největšího segmentu „hobby“. Ten představují stolní plastové 3D tiskárny, kde už zcela dominují čínští výrobci jako Creality nebo Bambu Lab s tržním podílem 90 až 95 procent. Jejich jediným významnější konkurentem je česká firma Prusa Research.

Kde se 3D tisk nejvíce využívá

Vůbec největším tahounem kategorie kovového 3D tisku je letecký a kosmický průmysl. Významné využití má kovový tisk také ve zdravotnictví a zubařství. Jde o různé implantáty, zubní korunky a ortopedické části vytvořené přesně na míru pacientovi.

Kvůli válce na Ukrajině nyní 3D tisk nejrychleji roste v obranném průmyslu. Bylo to ostatně vidět i na hojné účasti firem na konferenci Defenceo, která byla součástí letošního strojírenského veletrhu v Brně. Armády po celém světě projekty spojené s 3D tiskem podporují. Například americké ministerstvo obrany podle Homoly loni za tyto technologie utratilo přes miliardu dolarů. Intenzivně 3D tisk využívají výrobci dronů, často přímo na frontě nebo v jejím týlu. V případě válečných zón jde ale především o plastový 3D tisk.

V oboru defence stojí za zmínku nedávná investice fondu Presto Tech Horizons, který je spojený se zbrojní skupinou CSG Michala Strnada. Presto letos vstoupilo do americké firmy Firehawk Aerospace, jež unikátní technologií 3D tisku vyrábí raketové motory na tuhá paliva pro armádní využití.

Právě výroba komponentů leteckých a kosmických motorů je v kovovém 3D tisku vrcholná disciplína. Jde například o spalovací komory, injektory paliva, části turbín nebo lopatky. V Česku se začal letos vyrábět turbovrtulový motor Catalyst, který vyvinula americká GE Aerospace ve spolupráci s českým ČVUT. Část dílů do tohoto motoru, který se kompletuje v pražských Letňanech, tiskne GE v italském Brindisi. Catalyst je vůbec prvním motorem na světě, do něhož se certifikovaly konstrukční díly vyrobené 3D tiskem.

Složitý konzolový mechanismus z titanové slitiny pro družice od Thales Alenia Space je ukázkou vysoce přesné aditivní výroby z kovových materiálů.

Foto: Jan Homola

Trh za 115 miliard dolarů

Podle poslední studie Wohlers Report z března dosáhl trh s aditivní výrobou velikosti 21,9 miliardy dolarů (asi 450 miliard korun). Pro srovnání, celosvětový obrat 3D tisku je pořád menší než tržby mladoboleslavské automobilky Škoda Auto. Tento objem zahrnuje jak kovový 3D tisk, tak mnohem rozšířenější tisk z polymerů. Poměr mezi nimi je zhruba třetina pro kovy (a další materiály jako keramika) a dvě třetiny pro plasty.

Wohlers Associates je konzultantská firma, jež tyto zprávy dělá od roku 1999. A je jediným světovým zdrojem, jenž aditivní výrobu sleduje tak dlouho. Dalším zdrojem dat je na Evropu více zaměřená německá Ampower Report.

Podle odhadu Wohlers Report může velikost trhu 3D tisku do roku 2034 narůst až na 115 miliard dolarů (asi 2,4 bilionu korun). Konzervativnější odhad čeká jen čtyřnásobné zvýšení tržeb. Optimistický scénář pro následující dekádu naopak počítá téměř se sedminásobkem růstu 3D tisku na 145 miliard dolarů, tedy asi tři biliony korun.

U poslední zprávy Wohlers Report bylo ale zajímavé i to, že se vůbec poprvé zabývala strukturou jednotlivých tržních segmentů spojených s aditivní výrobou. Vychází z ní, že dodavatelé materiálů, z nichž 3D tiskárny vyrábějí (vlákna, prášky), měli loni tržby 4,4 miliardy dolarů. Výrobci samotných strojů, jako zmíněný německo‑japonský Nikon, americký Stratasys či řada čínských dodavatelů, měli obrat šest miliard dolarů.

Největší část „koláče“, celkem 10,1 miliardy dolarů, získali podle Wohlers Report dodavatelé služeb 3D tisku, kam patří i česká ONE3D. A to proto, že většině firem se prozatím ve 3D tisku nevyplatí budovat si vlastní výrobní kapacity. Nejmenší část (1,4 miliardy dolarů) zatím v rámci aditivní výroby připadá na dodavatele softwaru, jde ale o nejrychleji rostoucí část.

Vliv Číny a riziko kyberbezpečnosti

Významný vliv v oboru 3D tisku má v posledních letech Čína. Vedle zmíněných stolních 3D tiskáren, kde čínští výrobci „přejeli“ trh, ale mají tyto firmy rostoucí podíl také v průmyslových zařízeních. Zároveň zde však nejsou tak dominantní, protože západní firmy zvažují případná rizika.

Používání levnějších čínských 3D tiskáren s sebou přináší i bezpečnostní problémy. Západní konkurenti i kyberbezpečnostní organizace, jako český NÚKIB, upozorňují na rizika kvůli propojení 3D tiskáren s čínskými cloudovými službami. Ohrožena jsou konstrukční i technologická data výrobků s veškerými detaily.

„Firmy by měly k těmto zařízením přistupovat s vědomím potenciálního kybernetického rizika. Tedy nikdy nepřipojovat 3D tiskárnu k internetu, pokud se na ní mají vyrábět jakékoliv kritické díly. Určitě by měly brát na zřetel varování českých orgánů,“ myslí si Homola.

Většímu rozvoji kovového 3D tisku u strojírenských firem brání kromě výše zmíněného ještě jedna věc. Ačkoliv je 3D tisk obor, který má počátky už v 80. letech, nemá dosud jasné normy. Svoje by o tom mohla vyprávět již zmíněná GE Aerospace, která u regulátora FAA dlouho certifikovala motor Catalyst. Asi největší slabinou je, že normy jasně neřeší speciální slitiny, které se ve 3D tisku kovů používají. „Neexistuje žádná univerzální norma, která by výrobci zaručila, že dodržením popsaného postupu dospěje k certifikovatelnému výrobku,“ řekl Homola.

Strojírenství

Stáhněte si přílohu v PDF

Trh postihly krachy výrobců 3D tiskáren

Nedůvěru u potenciálních zákazníků z průmyslu mohou podporovat i některé nedávné krachy poměrně známých značek výrobců 3D tiskáren. Letos k tomu došlo třeba u německé společnosti Voxeljet, jež nyní prochází restrukturalizací. Kvůli neschopnosti splácet dluhy na sebe podala insolvenční návrh španělská firma BCN3D. Ve Spojených státech to udělal výrobce Desktop Metal, restrukturalizací si prošel další americký výrobce 3D Systems.

Na druhou stranu, těchto vrcholů a pádů už obor 3D tisku zažil několik. Třeba po roce 2016, kdy se ukázalo, že se tato technologie nebude vyvíjet směrem k tomu, aby každá domácnost měla vlastní 3D tiskárnu. S tím původně počítaly optimistické předpovědi vycházející z boomu podpořeného rizikovým kapitálem. Tento boom vycházel rovněž z toho, že se objevila řada nových firem, které mohly těžit z vypršení platnosti patentů spojených s průkopníky 3D tisku, jako jsou americký Stratasys a 3D System či německý Fraunhoferův institut.

V současné vlně problémů výrobců 3D tiskáren hraje roli hlavně po řadě krizí stále snížená investiční aktivita firem. Ty zvažují i pro ně často více potřebné investice než zatím doplňkový 3D tisk. Všichni zmínění výrobci v problémech však dále vyrábějí a snadno si našli nové majitele. Podle Homoly je důkazem toho, že aditivní výroba kontinuálně roste, stále se zvyšující spotřeba materiálů pro 3D tisk u dodavatelů služeb. A ta roste u prášků i filamentů.

Článek byl publikován ve speciální příloze HN Strojírenství.