3D TISK VE VÝROBNÍCH PODNICÍCH

Aditivní výroba mění zajeté výrobní procesy. Nenechte si ujet vlak

Autor: Lukáš Jílek
a Radovan Kubovič, Deloitte

Co je aditivní výroba? 

Aditivní výroba (AV), která je také označovaná jako 3D tisk, změnila podobu výrobního procesu napříč průmyslovými odvětvími a umožnila výrobní proces jako takový pojímat zcela nově. Od jednoduchého návrhu vyráběného produktu až po finální výrobek či výrobu náhradních dílů. Tato technologie replikuje digitální model do trojrozměrného objektu pomocí tiskového stroje, který rozřeže objekt na tenké vrstvy například na základě počítačem podporovaného návrhu. Oproti tradiční výrobní metodě, při níž se objekt vyřezává z pevného bloku a nadále se sestavuje, představuje takové prototypování značnou časovou úlevu. Navíc díky rostoucímu počtu materiálů, které lze v rámci procesu aditivní výroby použít, získávají podniky nové příležitosti ke snížení nákladů.  Ať už se firma rozhodne metodu použít pro vlastní aktivity v oblasti výzkumu a vývoje, výrobu náhradních dílů, nebo stavbu obrovských konstrukcí, bude vždy o pár mílových kroků napřed.

Nezaspat dobu 

Globální trh s AV dosáhl v roce 2022 velikosti 17,4 miliardy dolarů a očekává se, že do roku 2026 dosáhne velikosti 37,2 miliardy dolarů. Rostoucí poptávka je dána především vysokou efektivností, kterou 3D tisk přináší. Pokud jde o míru přijetí 3D tisku v České republice, patří Česká republika podle průzkumu společnosti Admasys International k předním zemím v rámci Evropské unie (6. místo v EU s 6 % podniků využívajících 3D tisk pro své obchodní operace). Otázkou zůstává, zda je to dostatek. Lídry EU jsou totiž Německo s největším trhem 1,1 miliardy dolarů a Dánsko, které dosahuje nejvyššího podílu využití v hodnotě přibližně 10 %. 

Aditivní výrobu v České republice najdeme převážně ve velkých podnicích (nad 250 zaměstnanců), kde ji ke své činnosti využívá 26 % podniků. U středně velkých podniků (50–249) je tento podíl 10 % a vůbec nejmenší využití má 3D tisk v malých podnicích (10–49 zaměstnanců), kterých v roce 2020 využívalo aditivní výrobu pouze 4 %. Ačkoli je Česká republika obecně malým hráčem na trhu, nárůst použití aditivních technologií jí a jejím firmám napomáhá k vyšší konkurenceschopnosti. Nicméně spousta firem zatím stále váhá a řada z nich neví, jak maximální potenciál této technologie využít. Na základě dostupných statistik se zdá, že 80 % podniků, které s technologií pracují, ji používá pro vývoj malých modelů a prototypů pro interní potřeby a pouze třetina z nich pro výrobu modelů určených k prodeji. Proč by se měly podniky o aditivní výrobu více zajímat?

Aditivní výroba jako pomocník 

AV nabízí nepřeberné možnosti a má velký potenciál nahradit tradiční výrobní postupy. Rozměry digitálního modelu lze snadno upravit, a tudíž přizpůsobit poptávce zákazníků. AV navíc vede k rychlejšímu uvedení na trh díky eliminaci výroby nástrojů a nastavování procesů při výrobě dílů. 3D tisk zkrátka přináší obrovské zrychlení procesu a flexibilitu. Některé společnosti mohou navíc díky AV snížit náklady spojené s dopravou a dodací lhůtou tím, že decentralizují výrobu a zřídí výrobní místa blíže místům prodeje.  

Navíc lze výrobu napojit na další systémy, jako jsou pokročilé plánování (APS, advanced planning and scheduling) či výrobní informační systémy (MES, manufacturing execution system), případně začít experimentovat s nejrůznějšími speciálními materiály. Přestože dominantními materiály jsou stále plasty (64 %) a keramika (40 %), tato oblast v posledních letech nad očekávání roste a dnes je již možné tisknout komponenty prakticky z jakéhokoliv materiálu. Jedním z posledních objevem tak bylo například vytisknutí tkáně přímo v těle pacienta. 

Budoucnost aditivní výroby 

Přestože dosud existují určitá omezení spojená s aditivní výrobou, máme už celou řadu případů, kdy podniky tuto technologii v praxi úspěšně využívají. Jeden z nejzajímavějších příkladů užití AV v oblasti kovů představila společnost GE Aviation, která jako první nabídla opravy součástí komerčních proudových motorů prostřednictvím AV. V roce 2020 firma vyrobila motor pro Boeing 777x poháněný dvěma motory, který se skládal z více než 300 dílů vytištěných na 3D tiskárně. Kromě toho existují další významní hráči v oblasti AV, například česká společnost ICE Industrial Services, která tiskne betonové bloky chránící ukrajinské vojáky v boji, nebo firma Prusa Research, jež vyrábí průmyslové 3D tiskárny a je jedním z motorů technologického rozvoje v Česku. Na základě patentových přihlášek se 3D tisk nejvíce uplatňuje ve zdravotnictví, energetice a dopravě. Jako konkrétní případy využití můžeme zmínit například flexibilní léky pro potřeby pacienta, umělé orgány, ale také výstavbu domů. Očekává se, že trh s AV poroste, bude pokrývat stále více průmyslových odvětví a najde širší možnosti využití. Tento vývoj bude znamenat rychlejší a efektivnější výrobu, větší dostupnost využití materiálu a v neposlední řadě integraci s dalšími technologiemi, jako je například umělá inteligence, která umožní novou efektivitu výrobního procesu a vyšší míru personalizace. 

Shrnutí 

Česká republika patří mezi šest top zemí s nejvyšším podílem využití aditivní výroby v EU a předpokládá se, že trh bude v nejbližších letech nadále růst. Tento trend signalizuje dobrý směr technologického rozvoje výrobního procesu v České republice. Je však třeba se zaměřit na využití maximálního potenciálu této technologie, a to přechodem od výhradní výroby prototypů pro nekomerční využití k 3D tisku jednotlivých dílů, který umožňuje flexibilnější, přizpůsobitelnější a rychlejší výrobu. Při zachování všech těchto aspektů jsou čistá data základním předpokladem pro uplatnění plného potenciálu nejen v rámci diskutované AV, ale také při implementaci jiných technologií anebo obecněji při důkladném finančním plánování a plánování dodavatelského řetězce. 

Nejdůležitějším aspektem však je dívat se vždy na aditivní výrobu v kontextu všech technologií, které Průmysl 4.0 nabízí. Aditivní výroba není jediná možnost a věřit, že implementace 3D tisku vyřeší vše, je nereálné. Nicméně je nutné podívat na jednotlivé dílky této skládanky dohromady a zvolit účinnou strategii pro implementaci vybraných řešení. Jedině tehdy je možné dosáhnout kvalitních a efektivních výsledků. Alfou a omegou při celé takové operaci jsou pak správně sesbíraná a očištěná data, která se v praxi stávají zásadním nástrojem pro správný chod většiny výrobních firem. 

Na druhou stranu je možné, že si firma zatím takovou strategii nedokáže vytvořit. Pak rozhodně stojí za úvahu vyzkoušet si technologie v malém a trochu si je otestovat. Pokud totiž následně dojde k reálnému využití některé z nich, mnohem snadněji se tento skok do neznáma překonává s alespoň malou zkušeností než s vůbec žádnou.