Co slibuje 3D tisk

Řada experimentálních návrhů pro 3D tištěné katalyzátory 
Foto RMIT

Aditivní technologie čili 3D tisk trvale změní výrobu a globální dodavatelský řetězec, jak ho známe. „A to se stane dříve, než většina lidí v průmyslu očekává,“ domnívá se Dennis Unkovic, který se poslední dvě desetiletí objevuje v seznamu nejlepších právníků v Americe, ve své nové knize Transforming the Global Supply Chain: Cyber Warfare, Technology and Politics.

Někdejší právní poradce amerického Senátu byl 35 let právníkem pro dodavatelský řetězec, který se zabývá mezinárodními obchodními transakcemi, zejména mezi USA a Čínou a Japonskem.

Nové příležitosti 3D tisku

„Globální dodavatelský řetězec je přerušený,“ říká. „Mnozí předpokládají, že důvodem kolapsu je pandemie, ale není. Mohou za to trendy, které již proběhly. Jedním z nich je 3D tisk.“

Tato metoda vytváření trojrozměrného objektu vrstvu po vrstvě pomocí počítačem generovaného návrhu je aditivní proces. Začala jako způsob výroby prototypů bez obráběcích strojů, ale za posledních 10 let se 3D tisk rychle vyvinul a nyní je široce rozšířen. Mezi ty, kteří již tuto technologii široce využívají, patří výrobci spotřebního a průmyslového zboží, obranný a letecký průmysl, automobilové společnosti a neposlední řadě zdravotnictví a protetický průmysl.

Mezi faktory, které způsobí, že technologie 3D tisku navždy změní dodavatelské řetězce, patří fakt, že čínská pracovní síla již není levná. To vytváří dokonalé ekonomické podmínky pro 3D tisk, protože vyžaduje málo lidské práce a také provoz rozlehlých závodů v Číně je už také mnohem méně atraktivní než dřív. Navíc stále složitější povaha mechanických a elektronických součástek hraje do karet 3D tisku.

Pokud zákazník potřebuje jednoduchou součástku v množství tisíců nebo milionů kusů, pak má tradiční výroba smysl. Složité produkty se ale svou povahou skládají z mnoha dílčích komponent a 3D tisk umožňuje, aby tištěný produkt byl co do struktury nekonečně složitější.

Unkovic uvádí dopravu jako dalšího hlavního hybatele rozvoje 3D tisku. Pandemie způsobila, že si globální dodavatelé a spotřebitelé více uvědomili, že včasnost je kritická pro přesun zboží z jednoho místa na druhé, zejména z jednoho konce světa na druhý. Vzhledem k tomu, že Čína je největším světovým výrobcem spotřebního zboží, Covid odhalil, že produkt vyrobený v Číně nemá zaručeno, že včas dorazí do USA nebo kamkoli jinam.

Zákazníci dnes hledají zboží šité na míru. Silnou stránkou technologie 3D tisku je možnost změnit rychle a levně výrobu, aniž by si přestavba linky vyžádala hodně času a peněz.

V hypersonických letadlech

Každodenně se objevují informace o nových využitích aditivní technologie. Například mimořádně účinné 3D tištěné katalyzátory by mohly pomoci vyřešit problém přehřívání v hypersonických letadlech a nabídnout revoluční řešení tepelného managementu v řadě průmyslových odvětví.

Vysoce univerzální katalyzátory, vyvinuté výzkumníky z RMIT University v Melbourne jsou nákladově efektivní. Vedoucí výzkumu Dr. Selvakannan Periasamy řekl, že jejich práce se vypořádala s jednou z největších výzev ve vývoji hypersonických letadel ovládáním neuvěřitelného tepla, které vzniká, když letadla létají více než pětinásobnou rychlostí zvuku.

„Doufáme, že tato nová generace ultraúčinných 3D tištěných katalyzátorů by mohla být použita k transformaci jakéhokoli průmyslového procesu, kde je přehřívání všudypřítomnou výzvou.“

K výrobě nových katalyzátorů tým vytiskl na tiskárně 3D malé výměníky tepla vyrobené z kovových slitin a potáhl je syntetickými minerály známými jako zeolity.

Výzkumníci dodali v laboratorním měřítku extrémní teploty a tlaky, kterým je palivo vystaveno při hypersonických rychlostech, aby otestovali funkčnost jejich konstrukce.

Když se 3D tištěné struktury zahřejí, část kovu se přesune do zeolitového rámce, což je rozhodující proces pro bezprecedentní účinnost nových katalyzátorů.

„Naše 3D tištěné katalyzátory jsou jako miniaturní chemické reaktory a to, co je dělá tak neuvěřitelně účinnými, je směs kovu a syntetických minerálů,“ vysvětlují výzkumníci.

Také České dráhy

Snížení nákladů a zkrácení dodací lhůty, to jsou dvě hlavní předosti zavedení 3D tisku v rámci Českých drah při údržbě železničních vozidel. Moderní technologie se zkouší v Praze a v Karlových Varech, v budoucnosti se rozšíří do dalších lokalit.

„V úvodní fázi jsme vytipovali 55 různých dílů, které můžeme vyrábět sami prostřednictvím 3D tisku. Jedná se o různé menší plastové díly, matice, objímky, panty, mřížky a podobně, které se často dodávají pouze jako součást většího a dražšího celku. Vyhodnotili jsme si, že v těchto případech se dodání náhradního dílu k opravě zkrátí až o 52 dní a roční úspora jen u vybraných 13 součástek představuje ročně zhruba 800 000 Kč,“ říká Jan Janoušek, ředitel projektové kanceláře, strategie a inovace.

České dráhy se zaměřily na 3D tisk hlavně u dílů s dlouhou dodací lhůtou, dílů dodávaných jen jako součást většího celku, kdy je nutné, ale zbytečné vyměňovat velký a drahý celek a adekvátní opravu lze zajistit prostřednictvím malé součástky v „korunové“ ceně, anebo u dílů, které už nejsou na trhu k dispozici a bylo nutné nahrazovat je jinými díly.

Pro efektivní využití 3D tisku je projekt uchopen skupinově (zapojení dceřiných společností – ČD Cargo, DPOV) a v rámci společnosti byla vytvořena platforma pro odborníky, kteří se touto technologií zabývají, a centrální digitální sklad datových podkladů jednotlivých komponent určených pro vlastní výrobu. Všechny takové díly přitom musí být schváleny konstrukční kanceláří a dalšími specialisty a některé z nich podléhají i posudku, resp. schválení příslušnými akreditovanými osobami.

V další etapě využití 3D tisku v rámci Českých drah se plánuje investice do 3D tiskáren v devíti hlavních střediscích údržby, pořízení dalších SW licencí pro tvorbu 3D modelů, vyškolení příslušných odborníků a rozvoj dosavadní spolupráce s externími partnery z oboru 3D tisku, ať už v České republice (např. vysoké školy), nebo v zahraničí. Tam mají zkušenosti s 3D tiskem náhradních dílů například německé železnice DB nebo rakouské dráhy ÖBB.

Projekt zavádění 3D tisku je součástí Strategie 2030 Českých drah.

Jaká je budoucnost 3D tisku

Otázky letošního roku: Dočkáme se nových materiálů pro 3D tisk z objevu výpočetních slitin s umělou inteligencí, kde koncoví uživatelé mohou specifikovat požadované vlastnosti? Jak je to s rozšířenou aplikací metamateriálů – materiálů s vlastnostmi, které se přirozeně nevyskytují? Jak bude zvažována udržitelnost, urychlení úsilí o výrobu polymerů na biologické bázi nebo znovuzískání odpadních plastů a kovů, navrácení zdrojů do oběhového hospodářství?

Foto: ZMorph Fab 3D Printer, Pixabay

Mohou společnosti zabývající se 3D tiskem očekávat zvýšenou vládní kontrolu, protože vznik „měkkého státu“ rozšiřuje bezpečnostní obavy do dalších vertikál, jako je energetika, letecký průmysl nebo širší technologické trhy? Obavy o trh s polovodiči ilustrují třenice mezi Čínou a tchajwanským TSMC, Evropský zákon o čipech oznámený v Davosu nebo investice Intelu ve výši 20 miliard dolarů do vybudování „Silicon Heartland“ mohou být předzvěstí nové éry protekcionismu. Kontroly vývozu a sankce nebudou brzy odstraněny, protože napětí mezi Ruskem a NATO kvůli Ukrajině eskaluje. Jak by mohla fungovat daň na digitální zboží?

Rostoucí náklady na dopravu a zaostalé dodavatelské řetězce, které způsobily logistickou krizi, způsobily, že aditivní výroba hraje důležitou roli v projektech reshoringu, který vrací výrobu zpět do spotřebitelských zemí.

Na závěr je asi dobré použít zajímavý citát. Oliver Smith, zakladatel a hlavní konzultant společnosti Rethink Additive, napsal:

„Jestliže rok 2010 zahájil desetiletí, v němž 3D tisk vyrostl, pak rok 2020 otevřel dekádu, v níž se tato technologie dostane do popředí zájmu veřejnosti. Jen za posledních 24 měsíců došlo v tomto odvětví k obrovskému přílivu kapitálu, který pohání jak prudké zrychlení vývoje nových platforem, tak stimulaci fúzí a akvizic, a nic nenasvědčuje tomu, že by se mělo zastavit. Tvrdil bych, že tento obnovený investiční zájem o technologii byl podnícen ukázkami, v nichž 3D tisk demonstroval, jak lze řešit kritický nedostatek dílů a narušení dodavatelského řetězce. Příštích deset let bude pro dodavatele technologií a investory vzrušující dobou.“