*Zatím jedinou původní tuzemskou 3D technologii – zařízení WeldPrint MCV 5X – vyvinuli na Fakultě strojní ČVUT v Praze ve spolupráci s firmou KOVOSVIT MAS.
*Sedmnáctitunové zařízení dokáže vyrobit díly o hmotnosti až čtyři sta kilogramů.
*Ambiciózní cíl výzkumníků je vyrobit zařízení, které si bude moci dovolit „každý“, nejen průmysloví giganti.
3D tisk představuje technologii s obrovskou budoucností, a tak si 3D tiskárny pořídil kde kdo. Nikdo se však nezabýval vývojem vlastní technologie 3D tisku. Změnit se to rozhodli na jedné z kateder Fakulty strojní ČVUT v Praze – v Ústavu výrobních strojů a zařízení, který se zaměřuje na vývoj strojů pro průmysl. Společně s firmou Kovosvit, s níž začali v rámci výzkumu spolupracovat, poprvé publikovali konkrétní výsledky v listopadu 2016. Na historii výzkumu a na to, jak od loňska pokročil, jsme se zeptali Ing. Jana Smolíka, Ph. D., který se věcí zabývá:
„V našem ústavu jsme si pořídili první 3D tiskárnu na plasty zhruba před 15 lety. Tisklo se na ní, ale drahá byla údržba i materiál pro tisk. Potom se porouchala, ale také nás přestalo bavit s ní pracovat, protože 90 % naší aktivity spočívá v tom, že s firmami v Čechách a občas i v zahraničí vyvíjíme nové technologie. Proto jsme se v roce 2011 rozhodli zkusit něco vyrobit sami. Porouchanou tiskárnu jsme nejprve rozebrali, zkoušeli do ní dát vlastní tiskovou hlavu, dělat softwarové úpravy… Ale protože hlavní téma, kterému se věnuje náš ústav, je zpracování kovových materiálů, řekli jsme si, že zkusíme vytvořit něco z kovu. K dispozici jsme měli stroj na svařování laserem, a rozhodli se ho upravit tak, aby mohl navařovat kov. Vypsala se na to diplomová práce, v jejímž rámci vznikla navařovací hlava. A kolega Ivan Diviš, který byl u zrodu celé myšlenky, přišel s nápadem integrovat do našeho laseru přísun drátu. Problémy s parametry laseru u přísuvu nám pomohli vyřešit kolegové – odborníci na práci s laserem Prajer a Zeman, a konečně se podařilo téměř bez nákladů provizorně v naší laboratoři vytvořit první malé dílce o váze v řádu desítek gramů. To nás velice posílilo v entuziasmu, že bychom mohli být schopni vyvíjet vlastní technologii 3D tisku.“
Lidé znají 3D tisk z plastu, ale ani ten z kovu není úplně nový. Čím je vaše metoda unikátní?
„Jinde používají kovový prášek, který je na rozdíl od levného drátu velice drahý a navíc pro obsluhu nebezpečný. Proto jde o dodnes velmi málo využívanou technologii. Naše technologie je ale unikátní také tím, že zde 3D tisk a obrábění probíhají v jednom cyklu v tomtéž prostoru. Obrábění přitom může probíhat už během tisku, ne až po něm, a jsme schopni během toho procesu používat chlazení, což nikdo jiný nedokáže. Jako jediní také touto technologií dokážeme vytvářet růst podpor a zakládání rovin ve vzduchu. Nicméně zásadní je otázka ceny provozu takového zařízení, proto jsme potřebovali výkonnější stroj. Nutné taky bylo pokračovat ve vývoji ve spolupráci s nějakým průmyslovým partnerem. V režimu nejvyššího utajení jsme proto uzavřeli smlouvu s majitelem firmy KOVOSVIT MAS.
Jak dlouho trvaly jednotlivé fáze vývoje?
Dva a půl roku jsme prováděli všechny testy v laboratoři na ČVUT a pro ten účel postavili dva zkušební štandy, které nám umožnily technologii vyvíjet a zjišťovat nároky na budoucí stroj pro Kovosvit. V roce 2015 jsme už byli schopni definovat požadavky na profesionální stroj, a tak se mohli konstruktéři Kovosvitu pustit do stavby a vyvinout ve spolupráci s námi WeldPrint 5X – zhruba sedmnáctitunové zařízení, které umí vyrobit díly až o váze 400 kg. Zařízení existuje ve dvou kusech, každý s jiným řídicím systémem, což nám umožňuje testovat jejich odlišnosti. Na jednom provádíme pokusy a druhý „taháme po výstavách“. Teď v říjnu jsme ho vezli na Mezinárodní strojírenský veletrh do Brna, kde jsme na malém dílci předváděli, že stroj umí najednou obrábět i navařovat. Potěšilo nás, že bylo zařízení oceněno zlatou medailí v kategorii „Inovace prokazatelně vzniklá ve smluvní spolupráci firem s výzkumnými organizacemi v ČR/na Slovensku v rámci vývojových projektů dotovaných státem“.
Jaký je aktuální stav vývoje zařízení?
Nyní se intenzivně věnujeme vývoji softwaru pro řízení stroje a programování technologické přípravy, aby stroj prováděl pouze vybrané a smysluplně propojené aktivity, vedoucí ke konkrétnímu výsledku. Není přitom tajemstvím, že Kovosvit nově získal grant na rozvíjení tohoto tématu, jehož cílem je – zjednodušeně řečeno – najít takové technologické parametry a konstrukční úpravy, aby se dal stroj zproduktivnit. Klíčovou otázkou je, kolik bude stát kilogram navařeného materiálu. Když navařujete kilo oceli na konkurenčním stroji a započtete cenu stroje, obsluhy, softwaru, procesních plynů, údržby laserů i použité suroviny, doberete se k ceně třeba 10 tisíc za kilo materiálu. My máme velmi ambiciózní plán – dostat se k ceně 1 až 2 tisíce. Hlavní výjimečnost naší technologie by totiž měla spočívat v její hospodárnosti, v tom, že přestane být výsadou největších průmyslových gigantů, ale bude přístupná široké strojní veřejnosti.
Bez mateřských strojů, kterým se váš ústav věnuje, se neobejde žádné průmyslové odvětví. Jistě tedy vnímáte dopad technologie 3D tisku na řadu oborů…
Existuje i obor, který už 3D tisk zcela pohltil – naslouchadla, protože každý člověk má zcela individuální tvar ušní dutiny. Zařízení na 3D tisk pro tyhle velice malé dílce jsou natolik levná, že si je postupně koupil každý. Viděl jsem už ale i prototyp zařízení, které 3D tisk využívá při výrobě brýlových obrub.
Zdá se, že 3D tisk nebývale rozšíří možnosti individualizace výrobků…
Určitě. Například Adidas už dnes má továrnu, kde vyrábějí boty sériově, ale na míru. Jdete do jejich prodejny, oskenují vám nohy, tvar nohy zadají do výroby, kde podle něj vyrobí to základní – tvar podešve, vložky apod. a zbytek na to našijí. Velké téma je i opravárenství, kde už dnes najdete spoustu dílců, na kterých chybí kus materiálu, který se používáním opracoval a musí se to opravovat ručně, kdy se pod mikroskopem chybějící materiál laserovým navařováním dotvoří – vlastně 3D tisk prováděný ručně. A takových případů je bezpočet.
Kolik času ještě potřebujete na dotažení výzkumu do takové podoby, aby mohl jít na trh?
To je více otázkou peněz, než času. Grant pro Kovosvit představuje pouhou kapku v moři. Kdyby nebyl problém s financováním, dotažení tohoto stroje profesionálně do konce za konkurenceschopnou cenu odhaduji tak na dva roky, jsme ve všem už hodně daleko. Donutilo nás to zabývat se každým detailem, velmi dobře porozumět všem konkurenčním technologiím, takže dnes máme obrovské know-how znalostí, které lze využít i při výrobě jiných strojů. To by se nestalo, kdybychom zůstali na stupni uživatelů cizích tiskáren. Zároveň platí, že Kovosvit chce v tomto programu pokračovat, splnit cíle grantu a vytvořit produktivnější, ekonomicky výhodnější tržní provedení stroje. Plán je mít ho za dva a půl roku na trhu.
Text k fotce z předávání ceny:
Na mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně byl stroj WELDPRINT MCV 5X oceněn zlatou medailí v kategorii „Inovace prokazatelně vzniklá ve smluvní spolupráci firem s výzkumnými organizacemi v ČR/na Slovensku v rámci vývojových projektů dotovaných státem“. Cenu převzali generální ředitel firmy KOVOSVIT MAS, a.s. Ing. Libor Kuchař a děkan Fakulty strojní ČVUT v Praze prof. Michael Valášek.
FOTO: FS ČVUT