Technický týdeník č. 18/2021

Nejběžnější omyly týkající se aditivní výroby

Additive Manufacturing (AM), známá také jako 3D tisk, je moderní výrobní proces, který k vytváření produktů vrstvu po vrstvě může využívat širokou škálu materiálů (kovy, polymery, kompozitní, keramické materiály a další). AM nabízí nové paradigma pro design, výrobu a obchodní modely založené na svobodě designu, lokalizovaných hodnotových řetězcích a produkci odpadu a snížení spotřeby materiálu. Tato technologie je důležitým nástrojem pro výrobu prototypů a stává se životaschopným řešením i pro výrobní aplikace. O této technologii nicméně stále existuje mnoho mylných představ, které různé zúčastněné strany přiměly podceňovat nebo zveličovat význam AM. Z tohoto důvodu se asociace CECIMO rozhodla objasnit některé nejběžnější mylné představy týkající se AM.

1. AM nahradí konvenční výrobu

AM nebude použita k nahrazení, ale k doplnění a vylepšení dalších výrobních technologií. AM je vynikajícím nástrojem v jakékoli výrobní sadě nástrojů, protože může způsobit revoluci ve způsobu navrhování, výroby a distribuce produktů koncovým uživatelům.

Trh AM a její ekosystém v Evropě každoročně neustále roste. Podle Zprávy CECIMO o průzkumu tržních trendů zaznamenal celkový obchod s AM a vývoz AM kladné saldo ve všech kategoriích (výrobky a díly, stroje, materiály a služby), které nastiňují scénář růstu podnikání s AM na evropských domácích i zahraničních trzích. Zpráva Evropského patentového úřadu za rok 2020 dále ukazuje, že na státy Evropské unie připadá 47 % z celkového počtu patentových přihlášek souvisejících s AM.

Průmysl AM se vyvinul od prototypování k výrobě funkčních dílů (s různým dosaženým stupněm zralosti) v různých odvětvích, jako je letecký průmysl, energetika, průmyslová zařízení a nástroje a stavebnictví. Tato průmyslová odvětví nadále zavádějí AM ve svých průmyslových dodavatelských řetězcích a přinášejí nové případy použití, které pomáhají jejímu postupnému pronikání do hlavního vývojového technologického proudu.

Stejně jako u jiných výrobních technologií je třeba před přijetím AM zvážit několik faktorů: typ aplikace, náklady, materiály, nebo dostupnost kvalifikované pracovní síly. Použití AM se obvykle doporučuje zejména pro:

• Komponenty s dlouhými dodacími lhůtami (tisk složitých dílů za méně než 24 hod.).
• Vytváření nových struktur materiálů, které mohou zlepšit vlastnosti vyráběných součástí (například zvýšená pevnost, tuhost, odolnost proti korozi).
• Zvýšení efektivity produktu - ve fázi návrhu šetří materiály.
• Přizpůsobené a složité součásti (tradiční metody nemohou vyrábět součást, například pro vysoce komplexní geometrii optimalizovanou pro daný typ).
• Materiály, které nelze snadno obrobit, jako jsou kovové slitiny.

2. 3D tiskárny mohou vytvářet pouze malé součásti

3D tisk není vhodný pouze pro výrobu malých dílů. AM může vyřešit mnoho výzev, se kterými se výrobci potýkají při výrobě velkých dílů, jako jsou křídla letadel. Tyto díly jsou těžké a obtížně se přepravují, vyžadují dlouhou instalaci a velké nástroje. To se nakonec promítá do vyšších výrobních nákladů a delších dodacích lhůt.

Rozšíření 3D tisku může společnostem pomoci dosáhnout nákladově efektivního, rychlého a flexibilního řešení pro výrobu velkých dílů a komponentů. AM umožňuje tisk těchto velkých dílů současně (zkrácení času na montážní lince) a dosažení lehkosti a vylepšeného výkonu.

Ve srovnání s tradičnějším používáním technologie je tisk velkých dílů novou, tudíž zatím méně používanou aplikací. Některé z hlavních důvodů jsou:

• Náklady na technologii.
• Nedostatek obchodních případů a slabé povědomí o výhodách používání AM.
• Vytvoření velkobjemové 3D tiskárny. Dnes je možné najít 3D tiskárny, které dokážou nabídnout objem tisku až 1 m³.

3D tisk ve velkém měřítku může vyrábět součásti rychleji a s menším plýtváním materiálem a konsolidovat vícedílné součásti do jednoho dílu. Odvětví, jako je letecký průmysl, mohou z této aplikace těžit, protože výroba velkých konstrukčních dílů tradičními metodami, jako je kování a obrábění, může trvat až rok. Tato technologie má potenciál expandovat na další trhy a aplikace, jako je námořní a automobilový průmysl.

Dobré příklady použití AM k tisku velkých dílů jsou k dispozici ve dvou oblastech:

• Opravy pomocí AM jako příležitost pro posílení průmyslové udržitelnosti.
• Aditivní výroba jako příležitost, jak zaplnit mezery v tradičních dodavatelských řetězcích.

Stavebnictví je další odvětví, které by mohlo těžit z velkého potenciálu, který nabízí velkorozměrová AM. 3D výstavba domů je stále v rané fázi vývoje, ale mnoho společností vyvíjí nové technologie, jejichž cílem je dosáhnout rychlejší a efektivnější stavbu budov. Dobrý příklad využití AM ve stavebnictví byl představen během akce CECIMO „Dopad aditivní výroby na udržitelnost produktů“.

3. Vše lze tisknout 3D

Ne, vše nelze vytisknout 3D. 3D tiskárna dokáže tisknout téměř jakékoli tvary, bez ohledu na to, jak složité a detailní jsou. Při rozhodování o použití AM k výrobě konkrétního objektu musí však být splněna určitá základní kritéria. Několik faktorů, které by mohly omezit možnost vyrábět součást pomocí AM, jsou:

• Konečné náklady na položku.
• Typ součásti, kterou chceme vytisknout ve 3D (ne všechny objekty jsou vhodné pro 3D tisk, například díly s velkým převisem vhodné nejsou).
• Dostupnost návrhu ve formě digitálního souboru (včetně rozměrových a estetických detailů dílu).
• Dostupnost a materiálové náklady.
• Uplatnění odborných znalostí při výběru (materiál a tiskárna), ovládání tiskárny a dokončení (je-li nutné dodatečné zpracování).

Na rozdíl od běžného přesvědčení proto 3D tisk neumožňuje každému vytisknout vše. Není možné tisknout předměty mimo možnosti vytlačovaného materiálu, takže nemůžeme tisknout elektronické součásti, elektroinstalace, motory, ovladače atd.

Ačkoli ne vše lze vytisknout 3D, AM může pomoci podnikům vyvinout „téměř nerealizovatelný“ objekt. Tohoto úkolu lze dosáhnout konsolidací počtu součástí v sestavě a vytvořením složitých struktur materiálů. To dává výrobcům příležitost snížit potřebu nástrojů, chyby ve výrobě a čas potřebný na výrobu a montáž dílu - což má za následek úsporu nákladů a snížení dopadu na životní prostředí.

Závěrem lze říci, že přístup k 3D tiskárně vám neumožní vytvořit nebo reprodukovat jakoukoli požadovanou položku. Tato technologie však může otevřít nové obchodní příležitosti a šanci vyvinout zcela nové struktury, které zefektivní výrobu a zlepší vlastnosti vyráběných komponent, např. zvýšenou pevnost, tuhost, odolnost proti korozi.

4. Růst AM přinese další porušování práv duševního vlastnictví

Neexistuje žádný důkaz, který by ukazoval souvislost mezi růstem AM a nárůstem porušování práv duševního vlastnictví (Intellectual Property Rights, IPR) v jakémkoli odvětví nebo části trhu. Pokusy o takovou interpretaci se začaly šířit, když optimistické prognózy růstu trhu stolních 3D tiskáren, levnějších materiálů a rychlé digitalizace budily dojem, že možnost vyrábět cokoli a kdekoli je už přede dveřmi.

Dnes je trh AM velmi odlišný od tohoto scénáře. Mnoho analýz trhu ukázalo, že růst stolních 3D tiskáren pro osobní použití nestoupá stejnou rychlostí jako 3D tisk pro průmyslová a regulovaná B2B prostředí.

V Evropě tuto technologii a její různé aplikace účinně reguluje zákon. Situaci pomohla vyjasnit také studie Evropské komise „Důsledky vývoje průmyslového 3D tisku na duševní vlastnictví“, publikovaná v květnu 2020. Studie zdůraznila, že bude třeba dále zkoumat několik oblastí (například ochranu souborů CAD) a potvrdila, že zákon o právech duševního vlastnictví v Evropě chrání majitele práv duševního vlastnictví před většinou možných porušení.

Průmysl také přijal různá opatření na ochranu vlastníků IP:

- Do určité části produktu lze vložit QR kód, což umožní naskenovat kód pomocí smartphonu a přijímat informace.

- Vestavěné technologie zajistí omezení určitého typu 3D tiskárny, kterou lze použít ke generování části daného digitálního souboru.

- Použití blockchainu k ochraně designu cestou odmítnutí přístupu k původnímu souboru nebo jiným relevantním informacím (např. proces tisku nebo orientace součásti v zařízení). Příklady lze nalézt ve studii CECIMO: „Opravy s aditivní výrobou: Příležitost posílit udržitelnost průmyslu“.

Další technologií, která byla často nesprávně označována jako aktivátor porušování práv duševního vlastnictví, je 3D skenování. Tato technologie zažívá rychlý růst se vznikem levných systémů, vylepšenými možnostmi skenování a zvýšenou dostupností možností ukládání a zpracování dat. I přes tato slibná vylepšení a výhody (zejména pro řešení problémů v rámci dodavatelského řetězce) má nejmodernější technologie 3D skenování k reprodukci přesných kopií jakýchkoli položek stále ještě daleko. Povolení tisku předmětu navíc nemusí nutně znamenat reprodukci všech jeho funkcí a komponent, jako jsou elektronické součástky, baterie nebo motory (což by vyžadovalo použití jiných technologií a specifických materiálů).