Materiálový výzkum dnes určuje, kdo v průmyslu přežije a kdo ztratí dech. V laboratořích poblíž Plzně vyvíjejí například komponenty pro novou formuli Audi nebo pomáhají švýcarským hodinářům ubrat drahocenné gramy na luxusních strojcích. Libor Kraus, předseda představenstva Comtes FHT, v rozhovoru poodhaluje limity 3D tisku kovů, miliardové úspory v automobilovém průmyslu i rizika spojená se ztrátou evropské strategické výroby. Vysvětluje také, proč ani umělá inteligence zatím nenahradí fyzický experiment a proč se špičková věda stále neobejde bez mistrovství kvalifikovaných kovářů.
Co nyní nejvíc hýbe světem materiálového výzkumu pro průmysl?
V každém oboru „frčí“ něco jiného. Pokud bych ale měl najít nějaký společný leitmotiv, je to hledání nových materiálů s lepšími vlastnostmi, které mají zároveň nižší nároky na výrobu i energetickou náročnost. Hledají se materiály, které se dobře hodí pro konkrétní použití. Naše zákazníky zajímá vše od hliníkových a titanových slitin přes nejrůznější typy oceli až po těžké kovy, jako jsou niklové superslitiny pro energetiku nebo wolframové slitiny pro obranný průmysl. Jedním z hitů je také 3D tisk, ale v případě kovů bude potřeba ujít ještě dlouhou cestu, než se z něho stane běžná technologie.
Výzvami obrábění jsou vysoká přesnost a zvládnutí těžkoobrobitelných materiálů
V čem je 3D tisk u kovových materiálů složitější než u plastů?
Zatímco stroje pro 3D tisk plastových dílů vyjdou na desetitisíce korun, 3D tiskárna na kovové materiály stojí miliony. Je to v podstatě náhrada práškové metalurgie nebo svařování. Tiskne se nejen z prášků, ale třeba i z drátů. Je to nesmírně přesná technologie, ale stroje jsou stále příliš drahé. Výhodou 3D tisku je, že spotřebujete mnohem méně materiálu, protože uděláte tenkostěnné výrobky přímo a máte hotovo. Nemusíte je složitě obrábět do výsledného tvaru, jako je to třeba u odlitků nebo výkovků.
Jak si vede vytištěný kov v porovnání s tím klasicky zpracovaným?
Lité materiály jsou obecně méně pevné a houževnaté než materiály, které projdou tvářecími operacemi. Dá se říci, že 3D tisk je z hlediska vlastností srovnatelný s litými materiály. Pokud ho srovnáme s kovanými materiály, jsme někde na 80 až 90 procentech pevnosti. U 3D tisku se jako následná operace dá použít i takzvané hipování, tedy působení tlaku ze všech stran, díky kterému se v materiálu uzavřou případné póry a dutiny vzniklé při tuhnutí.
Kde se váš výzkum reálně uplatňuje v globálním byznysu a jaké jsou konkrétní přínosy při změně výrobních postupů?
Děláme aplikovaný výzkum pro řadu firem, včetně světových lídrů. Každá zakázka začíná vždy smlouvou o mlčenlivosti, takže nemůžu sdělovat konkrétní použití, nebo kolik na tom jaká firma vydělala či ušetřila. Ale můžu říct, že spolupracujeme například se čtyřmi největšími hodinářskými firmami ze Švýcarska. Pro ně vyvíjíme speciální zpracování titanových slitin do luxusních mechanických hodinek. Dále jsme se podíleli na vývoji podvozkových komponent a prvků řízení pro novou formuli Audi, která se nově účastní seriálu mistrovství světa formule 1. Tyto díly musí mít extrémní pevnost a houževnatost, aby vydržely zátěž závodů.
Dále děláme třeba hodnocení mikrovzorků, které nám posílá Apple přímo z centrály v Cupertinu. Obecně je výčet široký: od leteckých firem jako Boeing a Airbus přes německé kovozpracující koncerny až po automobilky nebo jadernou energetiku. Například Volkswagen loni získal cenu Swedish Steel Price za nový typ oceli pro podvozky. Vývoj jsme pro ně dělali my společně s jednou německou firmou.
Vývoj titanu pro švýcarské hodináře vyčuhuje z toho, co děláte. Jak jste se k tomu dostali?
Původně jsme se stomatology vyvíjeli materiál pro zubní implantáty, které se dělají z titanové slitiny nebo z čistého titanu. Titan sám o sobě má výborné vlastnosti, je skoro stejně lehký jako hliník, ale současně mnohem pevnější. Byli jsme tehdy asi druzí na světě, kdo dokázal vyrobit titan s nanostrukturou. Tento materiál měl dvojnásobnou pevnost oproti klasickému titanu při zachování stejné houževnatosti. Jenže uplatnit to komerčně v medicíně je nesmírně drahé, musel by projít náročnými klinickými zkouškami. Stojí desítky milionů dolarů a výrobci implantátů nám tehdy řekli, že jejich stávající materiál jim stačí. Byť u našeho materiálu jsme už provedli preklinické zkoušky, testovali je na zvířatech a hojení i další parametry vycházely lépe než u klasických implantátů.
Nakonec jsme naštěstí díky kontaktům ve Švýcarsku narazili na hodináře. Pro ně bylo naše zpracování natolik revoluční, že jim pomohlo ušetřit několik gramů na hodinových strojcích. Daná firma už nám zadává zakázky asi pět let, postupem času se k nim efektem sněhové koule nabalily další tři velké hodinářské firmy.
Automobilky se snaží neustále vylepšovat bezpečnost. Jak vyrobit slitinu, která bude bezpečnější, možná při nárazu nedeformovatelná?
To je právě paradox. Pokud byste měl auto z nedeformovatelné slitiny, bylo by to pro posádku i chodce smrtelné. Při nárazu by se veškerá energie přenesla přímo na člověka. Jde se jinou cestou, vyvíjíme materiály pro skelety karoserií, které energii pohlcují.
Jak se kov může naučit pohlcovat energii?
Zjednodušeně řečeno, používáme materiály v takzvaném metastabilním stavu. Při nárazu v nich dojde k materiálové transformaci do stabilního stavu. Část energie se tedy „vyčerpá“ na tuto transformaci, a nikoliv na vlastní deformaci té konstrukce. Tudíž se nepřenese na řidiče. Pro jednu německou firmu jsme vyvíjeli výztuhy kovovými pěnami, které jsou lehké a přitom skvěle absorbují nárazy.
Materiálový výzkum není jen o bezpečnosti, ale i o penězích. Kde se dají právě v automobilkách při výrobě ušetřit největší náklady?
Typicky na optimalizaci výroby. Například pro Škodu Auto jsme řešili zvýšení životnosti nástrojů na lisování a kování. Když se vám podaří zvednout životnost nástroje dvojnásobně, ušetříte u velkých sérií odstávky linky, což jsou obrovské úspory. Někdy také dokážeme nahradit drahý materiál levnějším, pokud ho speciálně zpracujeme tak, že ve výsledku dosáhne stejných nebo lepších vlastností.
Máte nějaký příklad podobného postupu i mimo automobilky?
Před pár lety za námi přišli z Kovohutí Povrly. Evropská unie tehdy zakazovala olovo v mosazi, používané například v plátech na střešní krytiny. Olovo se do nich dávalo kvůli lepší obrobitelnosti a tvařitelnosti pro klempíře. Existoval sice japonský patent na bezolovnatou mosaz, ale ten byl příliš drahý na odkoupení. Tak jsme pro ně vyvinuli vlastní materiál, který japonský patent obešel a měl stejné vlastnosti jako původní olovnatá mosaz.
Jak do vaší práce zasahuje umělá inteligence? Dokáže už navrhovat nové slitiny sama?
Můj postoj k AI je podobný jako k 3D tisku. Je to úžasný nástroj, ale musí se umět používat. Zatím je to pro nás hlavně velmi rychlý vyhledávač a generátor srovnání. Rozhodně to není tak, že bychom výzkum nechali na AI a jen si to přebírali a ověřovali, co AI navrhne. Můžeme třeba AI využít na vývoj materiálů s komplikovaným prvkovým složením, ale pořád je tam potřeba know-how výzkumníků. Samozřejmě už dlouho využíváme digitalizaci, automatizaci a náhrady rutinních činností v celém materiálovém výzkumu. Moderní snímače svojí přesností usnadňují analýzy do větších detailů až k nanorozměrům.
V medicíně a farmakologii ale AI pomáhá s vymýšlením nových kombinací účinných látek velmi efektivně. U kovů to nefunguje?
U léků i u slitin nakonec vždy narazíte na experimentální fázi. AI má jen ty znalosti, které už někde kolují po sítích. Neznám AI, která by uměla generovat skutečně vlastní geniální nápady a myšlenky. Stejně nakonec musíte ten materiál vyrobit a prakticky odzkoušet, jestli se příroda nechová jinak, než AI předpokládala. A stává se to. Příroda je často silnější než naše předpoklady.
Libor Kraus (59)
Přes třicet let se věnuje výzkumu a vývoji kovových materiálů a technologií tváření a tepelného zpracování. Kariéru zahájil ve výzkumných ústavech Škoda, od roku 2001 působí ve společnosti Comtes FHT, dnes jako ředitel pro strategii a předseda představenstva. Je také místopředsedou vládní Rady pro výzkum, vývoj a inovace a prezidentem Asociace výzkumných organizací a České společnosti pro nové materiály a technologie.
Česko bylo vždy průmyslovou baštou. Jak se naše strojírenství a metalurgie vyrovnávají s dekarbonizací a Green Dealem?
Strojírenské firmy se s tím vyrovnají lépe než výrobci polotovarů, tedy hutě a kovárny, obecně energeticky náročné provozy. To, co se děje s Green Dealem, nepovažuji za úplně šťastné. Uklízíme smetí tím, že ho vymeteme k sousedovi na dvorek. Když si objednáte ocel v Indii nebo Číně, sice ji tady nemáte v emisních tabulkách, ale tam se vyrobila za mnohem horších ekologických podmínek. Navíc ji sem vezete na lodích, které produkují další emise.
Hrozí tedy Evropě úplná ztráta strategických výrob?
V podstatě už k ní dochází, velké provozy se zavírají. Sice jsme si vylepšili místní ovzduší, ale ty výrobky stejně potřebujeme. Mohli jsme je vyrábět tady, v minulosti jsme hodně vyvíjeli technologie, které přispěly k nižší spotřebě materiálu i energetické náročnosti. Jsem příznivcem evoluce, ne revoluce. Ztrácet tyto strategické výroby je chyba, na kterou Evropa doplatí. Navíc se na nás občas obracejí výrobci, abychom posoudili kvalitu dovezených výrobků, v řadě případů je velmi nízká. Problém je, že to lze jen obtížně reklamovat.
Co vás jako technika v této debatě nejvíce zaráží?
Absence selského rozumu. Naprosto mě konsternuje, že Německo zavře fungující jaderné elektrárny a místo nich chce stavět paroplynové cykly, protože spalování plynu je prý ekologičtější. To je z technického hlediska naprostý nesmysl.
Stáhněte si přílohu v PDF
Často se říká, že Česko by už nemělo být montovnou, ale více mozkovnou. Je to reálná vize?
To je takové klišé. Nemyslím si, že jsme montovna. Historicky jsme průmyslová země a pořád na tom vyděláváme. I firmy jako Bosch, Siemens nebo Doosan sem převádějí své výzkumné aktivity. Stát se mozkovnou je sice hezké přání, ale na to potřebujete konkrétní nápady, ne jen mluvení odshora. A navíc mozkovnou chce být každá země na světě. V Česku máme třeba poměrně silný herní průmysl, kyberbezpečnost, jsou tu úspěšné softwarové firmy. Pořád je to však odvětví průmyslu a všechno musí běžet na nějakém hardwaru. A ten musí někdo vyrobit.
Máte problém sehnat pro tento „výzkumný hardware“ lidi?
Sehnat výzkumníka je dnes těžší, ale pořád se to dá. Co je však obrovský problém, je sehnat kvalifikované řemeslníky. Provozní elektrikáře, valcíře, kováře nebo soustružníky. Některé učební obory prakticky zanikly a začíná to být kriticky úzký profil. Bez nich výzkum do praxe nepřetavíme.
Článek byl publikován ve speciální příloze HN Budoucnost strojírenství.
Přidejte si Hospodářské noviny
mezi své oblíbené tituly
na Google zprávách.
Tento článek máteje zdarma. Když si předplatíte HN, budete moci číst všechny naše články nejen na vašem aktuálním připojení. Vaše předplatné brzy skončí. Předplaťte si HN a můžete i nadále číst všechny naše články. Nyní první 2 měsíce jen za 40 Kč.
- Veškerý obsah HN.cz
- Možnost kdykoliv zrušit
- Odemykejte obsah pro přátele
- Ukládejte si články na později
- Všechny články v audioverzi + playlist
