O razantním nástupu tiskáren schopných trojrozměrného tisku neboli 3D tiskáren slýcháme ze všech stran. Řada lidí si představuje 3D tiskárny jako stolní zařízení vhodné na tisk roztomilých plastových hraček. Avšak potenciál 3D tiskáren je obrovský a jeho možný dopad na průmyslovou výrobu si dnes skoro neumíme ani představit.
Revoluce no. 3
Nástup trojrozměrných tiskáren média často označují jako počátek třetí průmyslové revoluce. První se odehrála od 18. do 19. století, kdy se zásadně proměnilo zemědělství, výroba, těžba nebo doprava. Hlavní zásluhu na tom měl vynález, resp. výrazné zdokonalení parního stroje.
Druhou průmyslovou revolucí se nazývá nástup internetu v 90. letech minulého století. Internet umožnil nebývalé sdílení informací mezi lidmi na celé planetě. Dostat se k nejnovějším poznatkům z vědy a techniky je dílem okamžiku. Stejně tak komunikace nebo sdílení informací mezi lidmi na opačné straně světa je vzdáleno jen několik kliknutí myší.
Nastupuje nyní doba trojrozměrného tisku?
Lokální výroba složitých výrobků
Základní předností trojrozměrného tisku je rychlá kusová výroba složitých výrobků. Klasickou cestou je nutné k výrobě složitých výrobků vykonat řadu strojních operací. Od nadělení materiálu, přes třískové obrábění až například po svařování.
Trojrozměrný tisk navíc dokáže vyrobit i dříve nevyrobitelné strojní součástky, jako jsou výrobky s uzavřenou trojrozměrnou strukturou. Příkladem mohou být sendvičové materiály použitelné pro trupy lodí, letadel a automobilů, přes konstrukční díly ve stavebnictví k rotorům větrných elektráren.
Trojrozměrné tiskárny navíc nabízejí doslova revoluční zjednodušení logistiky při výrobě a distribuci konečných výrobků. Stejně tak je šance snížit náklady na skladování, které mnohdy činí až 20 % obratu firmy.
Při klasické průmyslové výrobě musíte do firmy navézt vstupní materiál a někde ho uložit. Než vznikne konečný výrobek, je nutné provést řadu operací na jednotlivých strojích. To vyžaduje neustále přesouvání materiálu a polotovaru po firmě. Právě zde je největší síla tiskáren. Průmyslové tiskárny dokáží i z těch nejtvrdších materiálů „spékat“ na jednom místě ty nejsložitější výrobky. Jedinou nutností je dovézt k 3D tiskárně správnou vstupní směs. Směs je možné udržovat v kompaktních plastových barelech. Šetří se tak místo i náklady za přepravu nejen do firmy, ale i uvnitř firmy. Z kovového prášku navíc lze vytisknout vše „od jehly až po lokomotivu“. Firma nemusí zajišťovat výrobu různých odlitků nebo dovoz rozličného vstupního materiálu (plechy, kulatiny, atd.). Obrovským způsobem se tak šetří náklady na skladování.
Počítačové řešení na míru
S logistikou souvisí i schopnost 3D tiskáren vyrábět lokálně, kdekoliv na světě, ty nejsložitější průmyslové výrobky. Trojrozměrnou tiskárnu si může pořídit jakákoliv „garážová dílna“ kdekoliv na světě. Jediné, co budou majitelé 3D tiskáren potřebovat, je vstupní materiál a IT řešení.
Tady se v plné míře projevuje síla internetu. Není problém z vývojového centra na jedné straně světa poslat trojrozměrný model výrobku na druhý konec světa. Nabízí se tak vznik elektronického tržiště s trojrozměrnými modely průmyslových výrobků. Nenapadl někoho ze čtenářů zrovna „bussiness plan“?
Dílny zadají požadavek na vymodelování konkrétní součástky. Vývojář pak „udělá matematiku“, připraví počítačový model a pošle výsledek zákazníkovi.
Lidský faktor
Výroba trojrozměrného tisku pomocí 3D tiskárny snižuje rovněž negativní vliv „lidského faktoru“. Pro výrobu složitých výrobků jsou ve výrobě nutností zkušení lidé s bohatou praxí. Člověk, který právě vyšel ze školy, se rozhodně nevyrovná člověku s 20 lety praxe.
Trojrozměrný tisk však klade mnohem menší nároky na zkušenost a praxi člověka ve výrobě. I výroba těch nejsložitějších a nejpřesnějších strojních součástek je, zjednodušeně řečeno, otázkou stisku tlačítka.
Just in Time
Průmyslové tiskárny mohou například využívat opravny automobilů. Místo čekání několik dnů nebo týdnů na správnou součástku lze rozbitou nebo vadnou součástku (plastovou či kovovou) vyrobit na místě. Výroba jednotlivé součástky může být sice dražší, ale díky ušetřené dopravě vyjde ve výsledku zákazníka levněji.
Z podobného vývoje samozřejmě nebudou mít radost dopravní firmy. Na druhou stranu, menší poptávka po dopravě se pozitivně promítne do ceny výrobku, rychlosti výroby, termínu dodání zákazníkovi a zprostředkovaně také do čistšího životního prostředí.
Od zbraní po raketové motory
Nevěříte, že 3D tiskárny dokáží něco více, než tisk plastových hraček? Vězte, že v laboratořích NASA pomocí trojrozměrného tisku zhotovili plně funkční injektor pro raketové motory.
Klasický injektor se skládá ze čtyř součástek, vyžaduje pět svarů a velmi přesné obrábění. Jeho výroba trvá šest měsíců a stojí deset tisíc dolarů. Inženýři NASA pomocí trojrozměrného tisku vyrobili injektor stejných kvalit za méně než 3 týdny a v ceně 5000 dolarů.
Pořád nevěříte? Opravdu dokáže trojrozměrná tiskárna tisknout i velmi přesné součástky?
Před několika měsíci americká firma Solid Concepts pomocí profesionální průmyslové tiskárny vytiskla funkční kovovou pistoli, legendární Colt 1911. Firma vytiskla všechny díly zbraně, kromě pružin. Trojrozměrným tiskem vznikla dokonce hlaveň zbraně s vnitřním drážkováním!
Samozřejmě vše má své „ale“. Příkladem může být právě zmíněná kovová pistole. Zbraň vydržela pouze 50 výstřelů a poté praskla.
V čem nastal problém? Zbraň vznikla pomocí metody zvané selektivní laserové spékání SLS (Selective Laser Sintering). Při této metodě však vznikají malé vzduchové bubliny, které způsobují velkou pórovitost materiálů. Vývoj trojrozměrných tiskáren ještě není ukončen a před vývojáři stojí řada výzev.