Aditivní výroba v technologické změně

Letecký a kosmický průmysl patří mezi vítěze současného vývoje v kovovém 3D tisku. Malé série a vysoká složitost lehkých, vysoce výkonných součástek patří již dnes k přednostem aditivní výroby. © Fraunhofer ILT, Aachen / Dr. Tim Lantzsch a Dr. Stefan Leuders souhlasí: Odvětví letectví a kosmonautiky je jedním z příjemců současného vývoje v kovovém 3D tisku. Malé množství a vysoká složitost lehkých, vysoce výkonných komponentů jsou již nyní mezi silnými stránkami aditivní výroby. © Fraunhofer ILT, Aachen, Německo

Dr. Stefan Leuders zdůrazňuje potenciál AM ke zlepšení udržitelnosti, zejména prostřednictvím opravy a přepracování nástrojů a dílů. Schopnost opravovat a přepracovávat komponenty a nástroje je klíčovým aspektem budoucí cirkulární ekonomiky. © voestalpine / Dr. Stefan Leuders zdůrazňuje, že potenciál AM má zlepšit udržitelnost, zejména prostřednictvím opravy a přepracování nástrojů a dílů. Schopnost opravovat a přepracovávat komponenty a nástroje je zásadním aspektem budoucí cirkulární ekonomiky. © voestalpine

Dr. Tim Lantzsch (vlevo) z Fraunhofer ILT a Dr. Stefan Leuders (vpravo) z voestalpine diskutují o aktuálních trendech v kovovém 3D tisku, které mají potenciál trvale změnit průmyslovou výrobu. © Fraunhofer ILT, Aachen

Dr. Tim Lantzsch a Dr. Stefan Leuders diskutují o dlouhodobých perspektivách aditivní výroby, včetně začlenění do stávajících výrobních procesů a role AM v oběhovém hospodářství. © Fraunhofer ILT, Aachen / Dr. Tim Lantzsch a Dr. Stefan Leuders diskutují o dlouhodobých vyhlídkách aditivní výroby, včetně integrace do stávajících výrobních procesů a role AM v cirkulární ekonomice. © Fraunhofer ILT, Aachen, Německo

Dr. Tim Lantzsch a Dr. Stefan Leuders vysvětlují technologické překážky aditivní výroby, zejména výzvu vývoje nových materiálů a zajištění spolehlivosti procesu ve velkoplošné výrobě. © Fraunhofer ILT, Aachen / Dr. Tim Lantzsch a Dr. Stefan Leuders vysvětlují technologické překážky aditivní výroby, zejména výzvu vývoje nových materiálů a zajištění spolehlivosti procesu ve velkoplošné výrobě. © Fraunhofer ILT, Aachen, Německo

Aditivní výroba, zejména kovový 3D tisk, se v posledních letech vyvinula z perspektivní technologie na vážného člena průmyslové výroby. Odvětví jako strojírenství, letectví a kosmonautika, automobilový průmysl a zpracování kovů čelí technologické změně, která by mohla mít dalekosáhlé dopady na design, výrobu a udržitelnost. Dr. Stefan Leuders, vedoucí technologie a inovací ve společnosti voestalpine Additive Manufacturing Center GmbH, Düsseldorf, a Dr. Tim Lantzsch, vedoucí oddělení laserové práškové vrstvy fusion na Fraunhoferově institutu pro laserovou techniku ILT, Aachen, diskutují o aktuálních trendech aditivní výroby (AM), analyzují příležitosti a rizika a ukazují, které odvětví mohou těžit nejvíce.

Těšíme se na rozhovor se dvěma uznávanými experty o budoucnosti 3D tisku. Jaké jsou aktuální trendy v aditivní výrobě? Jaké vývoje považujete za slibné?

Dr. Tim Lantzsch: Důležitým trendem, který vidím, je rostoucí přizpůsobení materiálů a aplikací specifickým požadavkům aditivní výroby. Mnoho dosavadních materiálů bylo původně vyvinuto pro jiné způsoby výroby. Navíc vidíme, že technologie je sice drahá, ale díky cíleným snižováním nákladů a zaměření na niche aplikace může být její přidaná hodnota jasněji zdůrazněna.

Dr. Stefan Leuders: Aktuální trendy v aditivní výrobě se silně zaměřují na důkladnější využití specifických výhod technologie pro různé aplikační oblasti a samozřejmě i na jejich využití. Zejména slibné je pro mě rostoucí ochota přehodnotit dlouhodobé vývojové přístupy a nepoužívat je doslovně u nových produktů, které mají být později vyrobeny pomocí aditivního procesu. Nejde primárně o nahrazení stávajících metod, ale spíše o zvýšení užitné hodnoty produktu prostřednictvím AM.

»Příliš drahé« slyšíme často v souvislosti s AM. S jakými ekonomickými výzvami se aditivní výroba potýká?

Dr. Tim Lantzsch: Ekonomické výzvy spočívají především ve vysokých nákladech na zařízení a materiály. Tyto náklady výrazně ovlivňují cenu dílů, a zde je stále prostor pro optimalizace. Obzvlášť kritická je procesní bezpečnost, která zatím není široce zajištěna. Pracujeme na tom, aby se aditivní výroba stala z technicky specializované niku robustní a široce použitelnou technologií, která bude konkurenceschopná i ve velkoprodukci.

Dr. Stefan Leuders: Klíčovým ekonomickým faktorem je stále náklad na hodinu provozu zařízení, to vidím stejně. Co se týče nákladů na zařízení, vidíme však stále větší pohyb, zejména poháněný mimoevropskou konkurencí, což zároveň zvyšuje podíl nákladů na použitý materiál a tím i tlak na snižování nákladů. Přesto zůstává snižování nákladů klíčovým tématem pro průmyslové využití AM, aby bylo možné v budoucnu rozšiřovat další aplikační oblasti.

Jaké jsou podle vás potenciály a hranice aditivní výroby? Co nám AM může nabídnout zejména z hlediska udržitelnosti?

Dr. Stefan Leuders: Aditivní výroba nabízí značný potenciál udržitelnosti, zejména díky možnosti drasticky snížit spotřebu materiálu. Na rozdíl od subtraktivních metod se při ní taví pouze materiál, který je skutečně potřeba pro daný díl. Také v pozdější fázi užívání se často ukazují výhody, například díky sníženým odpadovým mírám nebo kratším taktům při hliníkovém odlévání či plastovém vstřikování, které umožňují nástroje s konturní chlazením. Dalším důležitým aspektem je oprava a recyklace nástrojů a dílů, což prostřednictvím AM výrazně usnadňuje. To může podstatně prodloužit životnost produktů a tím i snížit spotřebu zdrojů. Existují však i výzvy: technologie je stále relativně mladá pro průmyslové využití, a proto je třeba optimalizovat například automatizaci a procesní bezpečnost.

Dr. Tim Lantzsch: Potenciál aditivní výroby spočívá především v její schopnosti realizovat složité geometrie a na míru šité řešení, která by s tradičními metodami byla téměř nebo úplně nemožná. A jasně: díky cílené spotřebě materiálu, kdy se zpracovává pouze skutečně potřebný materiál, lze výrazně snížit spotřebu zdrojů. To je zvlášť důležité při pohledu na celý životní cyklus produktu. Musíme však také vzít v úvahu, že výroba a příprava materiálu jsou energeticky náročné. Navíc je často složité integrovat AM do stávajících výrobních procesů, protože je stále vnímána spíše jako ostrovní technologie.

Jaké technologické překážky dnes aditivní výrobu brzdí a na čem pracujete?

Dr. Stefan Leuders: Klíčovým bodem je pro nás vývoj nových procesních cest, aby bylo možné splnit technické a ekonomické požadavky našich zákazníků. Také návrh a konstrukce vyrobených dílů a nástrojů hraje významnou roli. Navíc je AM v rámci koncernu voestalpine úzce spojena s tématem „materiály“. Intenzivně pracujeme na vývoji nových materiálů a jejich následné úpravě, abychom mohli plně využít technologický potenciál AM.

Dr. Tim Lantzsch: Přesně tak, jednou z největších technologických překážek, kterým dnes aditivní výroba čelí, je rozmanitost materiálů. Mnoho současných používaných materiálů nebylo původně vyvinuto pro aditivní výrobu, což často vede ke kompromisům v kvalitě a výkonu. Proto spolupracujeme s výrobci materiálů na urychlení kvalifikace nových materiálů pro AM.

Zároveň intenzivně pracujeme na Fraunhofer ILT na zlepšení procesní bezpečnosti a dalším rozvoji stávajících zařízení, aby bylo možné aditivní metody používat stabilněji a efektivněji. Dalším velkým tématem je standardizace procesů, která má zajistit stálou kvalitu ve velkoprodukci.

Průmysl se tedy pomalu, ale jistě mění. Kdo jsou vítězové tohoto vývoje v aditivní výrobě?

Dr. Stefan Leuders: Dlouhodobými vítězi jsou firmy, které jsou ochotny strategicky investovat do nových technologií a zároveň zvládnout s tím spojené nejistoty. Prominentní příklady z nedávné minulosti najdeme v letectví nebo medicíně. Pro mě však nejde jen o ekonomické zdroje, ale často i o firemní kulturu.

Naopak odvětví a firmy, které jsou silně závislé na nákladové masové výrobě, budou mít s tímto vývojem pravděpodobně větší potíže. I zde však existuje dostatek aplikačních oblastí, jen je to více v oblasti nástrojářství a méně v koncovém produktu.

Dr. Tim Lantzsch: Souhlasím. Jasnými vítězi tohoto vývoje jsou odvětví, která spoléhají na na míru šité, vysoce složité díly a mohou plně využít výhod flexibility a tvůrčí svobody aditivní výroby. V letectví, medicíně nabízí AM obrovské možnosti optimalizace dílů a zároveň snižování hmotnosti a spotřeby materiálu. Také výroba špičkových automobilů a motorsport budou těžit z možností aditivní výroby, zejména díky výrobě lehčích a výkonnějších komponentů.

Mockrát děkujeme za zajímavý rozhovor.

Navštivte nás od 19. do 22. listopadu ve Frankfurtu nad Mohanem na veletrhu Formnext na společném stánku Fraunhoferovy skupiny v hale 11, stánek D31, a dozvíte se více o možnostech AM.