3D tlač – budúcnosť priemyselnej výroby
15.8.2019

3D tlač je činnosť alebo proces vytvárania fyzického objektu z trojrozmerného digitálneho modelu, typicky položením mnohých tenkých vrstiev materiálu na seba. Ide o výrobný proces, prostredníctvom ktorého sa vytvárajú trojrozmerné (3D) pevné objekty. Umožňuje vytváranie fyzických 3D modelov objektov pomocou série aditívnych alebo vrstvených vývojových rámcov, kde sú vrstvy postupne usporiadané tak, aby vytvorili kompletný 3D objekt. 3D tlač je tiež známa ako aditívna výroba.

Celú technológiu 3D tlače možno rozdeliť do 3 krokov:

  • 3D Design,
  • krájanie,
  • 3D tlač.

3D digitálny model je východiskovým bodom pre akúkoľvek 3D tlač. Môže byť vytvorený pomocou rôznych 3D dizajnérskych softvérov, alebo pomocou 3D skenovania. Hneď, ako je 3D model vytvorený, je nakrájaný na vrstvy, čím sa prevedie do súboru čitateľného 3D tlačiarňou. Tá potom vytlačí túto vrstvu súboru po vrstve pomocou materiálu zadaného ako vstup do 3D tlačiarne. Ako už bolo uvedené, existuje celý rad rôznych typov technológií 3D tlače, ktoré spracovávajú rôzne materiály rôznymi spôsobmi, aby vytvorili konečný objekt. Funkčné plasty, kovy, keramika a piesok sa rutinne používajú pre priemyselné prototypové a výrobné aplikácie. V dnešnej dobe je už možné využívať 3D tlač bio materiálov a rôznych druhov potravín.

Využitie 3D tlače v odvetviach priemyslu

Využitie 3D tlače je širokospektrálne. Pomôcť môže v leteckom a automobilovom priemysle, robotike, na výrobu súčiastok, v medicíne, v dizajne, v kinematografii, vo vzdelávaní a pre kutilov, ktorí radi vymýšľajú a zhotovujú nové a zaujímavé nápady.

Leteckí a kozmickí inžinieri používajú 3D tlač na výrobu vysoko výkonných dielov. Schopnosť vytvoriť topológiu pre optimalizované štruktúry s vysokým pomerom pevnosti k hmotnosti a možnosť konsolidácie viacerých komponentov do jednej časti je obzvlášť príťažlivá.

V nižšie uvedenom grafe je analýza vývoja využívania 3D tlače vo vybraných oblastiach v rokoch 2015 až 2018 v percentách. Z grafu je evidentné, že najväčšie zastúpenie v 3D tlači má prototypovanie. 3D tlač je v tejto oblasti využívaná vo viac ako 50 percentách výroby. V roku 2018 to bolo až 55 percent. Za prototypovaním nasleduje produkcia so 43-percentným zastúpením 3D tlače. Treťou oblasťou je vytvorenie dôkazu o vytvorenom novom koncepte, a to až so 41 percentami v roku 2018.

Zdroj: STATISTA

Automobilový priemysel

V automobilovom priemysle je skvelým príkladom americká spoločnosť Local Motors, ktorá bola prvou spoločnosťou vyrábajúcou automobily pomocou 3D tlače. Na tvorbu návrhov ich vozidiel využívajú techniku spoluvytvárania (co-creation). Spoluvytváranie predstavuje aktívny proces, kde komunita zákazníkov značky spolupracuje s riešiteľmi, projektantmi a inžiniermi s cieľom urýchliť vývoj produktov a technológií. Prvým autom, ktoré bolo vytvorené spoluvytváraním, bolo Rally Fighter. Približne 75 percent zo súčasného modelu automobilu je vytlačeného v 3D s cieľom konsolidovať tradičný počet dielcov, na dosiahnutie 90 percent. Toto je obzvlášť dôležité, pretože na tradičnú výrobu automobilu sú potrebné tisíce komponentov, zatiaľ čo pri tomto príklade sú potrebné len desiatky, čím sa znižuje zložitosť automobilu a tým aj jeho dlhovekosť.

Skupina BMW používa 3D tlač už viac ako 25 rokov. V poslednom desaťročí vyprodukovala milión častí použitím tejto technológie. V roku 2018 vytlačili pomocou 3D tlače o 42 percent viac komponentov oproti predchádzajúcemu roku. Milióntym 3D tlačeným komponentom spoločnosti BMW Group je 3D vodiaca lišta pre okná pre elektrické BMW i8 Roadster.

Spoločnosť Audi má v nemeckom Ingolstadte vybudované centrum Pre-Series, ktoré je určené na prijatie plnofarebnej, mnohovrstvovej 3D tlače spoločnosti Stratasys pre proces návrhu výrobku. Nakoľko je dizajn jedným z najdôležitejších parametrov zákazníkov značky pri rozhodovaní o kúpe, 3D tlač im nesmierne zjednoduší návrh a výrobu dizajnových dielov k autám.

Dr. Spiering, vedúci centra Pre-Series Plastics 3D Printing v Audi, sa vyjadril, že 3D tlačiareň Stratasys J750 ponúka významnú výhodu, pretože im umožňuje vytlačiť presné textúry a farby, ktoré ich dizajn definuje. Hovorí, že technológia 3D tlače je nevyhnutná pre získanie koncepcií schválených pre výrobu.

Potravinársky priemysel

V potravinárskom priemysle ponúka 3D tlač rôzne možnosti využitia. Zaujímavými príkladmi sú:

1. 3D tlač ovocia

Spoločnosť Dovetailed Design Studio vytvorila 3D tlačiareň, pomocou ktorej sa dá vytlačiť ovocie. Aj keď to znie neuveriteľne, vďaka spolupráci so spoločnosťou Microsoft je to možné. Na vytvorenie 3D ovocia spoločnosť využila molekulárnu 3D techniku, ktorá sa nazýva sferifikácia. Táto technika im umožňuje vytlačiť akékoľvek ovocie za niekoľko sekúnd. Chute ovocia výskumníci menia pomocou kombinácie ovocného džúsu a práškového alginátu sodného.

2. Čokoládové 3D tlačiarne

Takéto tlačiarne vyrobili napríklad spoločnosti 3D Systems pod názvom CocoJet a Choc Edge pod názvom Choc Creator. Tieto tlačiarne sú ideálne pre kuchárov a čokolatierov, ktorí majú záujem o vytváranie unikátnych čokoládových kreácií s komplexnejším dizajnom.

3. 3D tlač cestovín

Talianska spoločnosť, ktorá sa špecializuje na výrobu cestovín v spolupráci s holandským výskumným inštitútom TNO vytvorili prvú 3D tlačiareň na cestoviny. Tlačiareň využíva na tlač cestovín klasickú kombináciu múky a vody, aby vytvorila, vrstvu za vrstvou, cestoviny unikátnych tvarov so zachovaním tradičnej chuti.

Z pohľadu budúcnosti a vývoja 3D tlače, z výskumov môžeme povedať, že toto odvetvie výroby sa neustále vyvíja a napreduje. Stále prichádzajú nové podoby možností využívania 3D tlače, či už hovoríme o oblasti letectva, automobilového priemyslu, módy, stavebníctva alebo medicíny. Všetky oblasti podnikania už 3D tlač využívajú a plánujú využívať ešte viac na zefektívnenie výrobných procesov. Prináša nové možnosti konkurencieschopnosti spoločností pomocou personalizovanej výroby na mieru pre zákazníkov, čím sa dostávajú na novú úroveň vo výrobe. Nakoľko tradičná výroba nie je schopná vyrábať personalizované produkty na mieru, kvôli náročnému a nákladnému prenastavovaniu výrobných liniek. V tradičnej výrobe sa stroje zvyknú nastavovať na 10-ročný výrobný cyklus. Čo je pri dnešnej rýchlo napredujúcej ekonomike a technologickom rozvoji neefektívne. 3D tlač prináša možnosť prispôsobenia produktov na mieru alebo možnosť rýchleho prispôsobenia výroby novým potrebám trhu.

Projekt Zvýšenie inovačnej výkonnosti slovenskej ekonomiky – inovujme.sk realizovaný Slovenskou inovačnou a energetickou agentúrou sa zaoberá šírením povedomia o inováciách v rôznych oblastiach. Je spolufinancovaný z Európskeho fondu regionálneho rozvoja prostredníctvom operačného programu Výskum a inovácie.

Európsky Fond Regionálneho Rozvoja
Ministerstvo dopravy a výstavby SR
Ministerstvo hospodárstva SR
SIEA