Průša, Princ, Filová & Homola: 4 pohledy na 3D tisk ve výrobě

O vydavateli tohoto časopisu je známo, že se dlouhodobě věnuje prosazování 3D tisku ve výrobních podnicích, a také je pořadatelem série konferencí Fórum aditivní výroby, které již 7 let na Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně propagují možnosti profesionálních 3D tiskáren. Při příležitosti online události Digitální výroba 2021 si proto Jan Homola pozval do studia tři výjimečné odborníky, kteří k tématu 3D tisku ve výrobě rozhodně mají co říci. Vedle Daniela Prince, který je obchodním ředitelem společnosti Stratasys pro Evropu, zasedl aktuální EY Podnikatel roku Josef Průša a Jana Polášek Filová, která ve společnosti Škoda Auto rozvíjí strategii digitalizace. Jak ilustrují následující řádky, na klíčových trendech a zkušenostech se všichni zúčastnění shodují – ať už jde o zástupce firmy, jejíž zakladatel v 80. letech 3D tisk vynalezl, o mladého podnikatele, který ze stolních 3D tiskáren vytvořil globální miliardový byznys, nebo o specialistku na inovace, která se start-upovým pohledem vyhledává příležitosti pro další rozvoj v největší české automobilce.

HOMOLA Technologie 3D tisku jsou zde už víc než třicet let a mnoha lidem z oboru připadá, že jsme stále na začátku ve vzdělávání široké veřejnosti o tom, k čemu 3D tisk je a co umí. Ti osvícenější jej mají často zažitý jako prototypovací technologii a třeba právě ve Škoda Auto tímto způsobem samozřejmě stavíte díly pro vaše prototypy vozidel. Jaké další uplatnění pro 3D tiskárny nacházíte.

FILOVÁ Začátek je rozhodně v technickém vývoji, kam byla první 3D tiskárna od Stratasysu pořízena už v roce 1997. Předloni jsme ale do svařovny v Kvasinách pořídili první 3D tiskárnu od Prusa Research a tím se nastartovalo používání plastového 3D tisku v běžném produkčním prostředí. Zatímco v technickém vývoji dále tisknou modely a prototypové díly na technologiích od Stratasysu nebo HP, ve výrobě se používá primárně plastový 3D tisk. Pro tyto účely už máme ve výrobních halách víc než padesát 3D tiskáren, kterými se tisknou primárně pomocné přípravky a nástroje. Důležitou součástí výroby je pak u nás také 3D tisk kovů.

Jana Polášek Filová 

 

PRINC Musíme si uvědomit, že globální byznys se 3D tiskem je stále docela malý – pro srovnání, všichni výrobci a dodavatelé řešení pro 3D tisk v součtu dosud dosahují souhrnného obratu, který je zhruba poloviční ve srovnání s tím, co vydělá jen Škoda Auto. 3D tisk přitom má co nabídnout mnoha oborům, od automotive či aerospace přes výrobu medicínských nástrojů po další zajímavé oblasti, jak jsou třeba simulace tkání. Na jednu stranu získávají 3D tiskárny schopnost vyrábět čím dál větší díly, v opačném extrému se tisknou mikrosoučástky pro elektroniku. Vznikají velmi zajímavé trendy ve vývoji zcela nových materiálů a dílů, kterých lze dosahovat jedině díky použití 3D tisku.

HOMOLA Často narážím na to, že lidé poučení obecnými médii mají dojem, že je 3D tiskárna nějaká kouzelná krabička řádově za tisíce korun, ze které mi vypadne jednoduchý plastový výrobek, jaký si zadám. Vůbec netuší, že sféra aditivní výroby je pestrá a široká a bavíme se především o profesionálních zařízeních, jejichž pořizovací náklady můžou být řádově v milionech korun a tím pádem nelze na tuto oblast pohlížet zjednodušenou optikou. Zároveň ale mnozí současní uživatelé průmyslových profesionálních strojů pro aditivní výrobu k těmto dospěli tak, že začali s jednoduchou levnou stolní 3D tiskárnou.

PRŮŠA Pokud si chcete udělat představu o tom, co je 3D tisk, a začnete hledat na webu, často se setkáte s něčím, co o skutečném 3D tisku moc nevypovídá. Já rád říkám, že jsou lidi, kteří dělají 3D tisk a lidi, kteří mají jako koníček 3D tiskárny. My většinou vidíme ty druhé – kteří si ladí svou 3D tiskárnu a nic moc produktivního netisknou. To není úplně špatně, vzniká tak poznání, jak ten proces zlevňovat, protože přece jen, v naší cenové hladině je potřeba často přicházet s nekonvenčním řešením, abychom dosáhli toho, co chceme, aniž by to stálo jako v případě průmyslových 3D tiskáren. Baví mě zároveň to, jak naše 3D tiskárny umožňují vznikat i byznysům, které by jinak nemohly existovat. Třeba ve Velké Británii je firma, která vyrábí motorizované ocásky pro hráče tzv. cosplay. Vyrábět to tradičními metodami by nebylo možné, protože jde o malé objemy dílů, ale díky 3D tisku to dělat můžou. Vedle toho ale vidíme ty stejné naše 3D tiskárny třeba u výrobce nákladních automobilů, který s nimi staví formy pro odlévání částí motorů.

PRINC Společnost Ernst & Young provádí několik let výzkum mezi stovkami výrobních podniků a z něj je vidět, že v předešlých letech výrazně vzrostlo množství firem, které si už 3D tisk vyzkoušely. Velmi daleko v tom jsou nadnárodní koncerny, které se aditivní výrobou zabývají desítky let, mají svoje kompetenční centra a 3D tisk je součástí jejich výrobních procesů. Menší firmy v tom potřebují pomoct.

Daniel Princ 

 

PRŮŠA Nejjednodušším řešením, jak pochopit, k čemu vám ve firmě může být 3D tisk dobrý, je koupit pár tiskáren a paletu materiálu a dát to konstruktérům do kanceláře, ať se s tím baví. V následujících týdnech uvidíte, jak se po firmě začínají objevovat různé tištěné součástky. Zatímco konstruktéři dělají na běžných věcech, mohou tisknout věci, a to se pak postupně stane přirozenou součástí firemní DNA.

Josef Průša

 

FILOVÁ Přesně tak to bylo v našem oddělení výroby a logistiky, kde si do svařovny v Kvasinách pořídil kolega Jiří Jablonský první stolní 3D tiskárnu, protože v jejím využívání viděl potenciál. Začalo to tiskem jednoduchých držáků na papíry apod., ale postupně jsme se dostali k produkční výrobě různých pomocných dílů, až jsme dospěli k tiskovým farmám, které dokážou na místě generovat velké výrobní objemy.

HOMOLA Jak v rámci vaší digitalizační strategie přistupujete k tomu, aby 3D tiskárna splňovala veškeré normativní požadavky také z hlediska bezpečnosti práce, legislativy a podobně?

Jan Homola

 

FILOVÁ To byla výzva, se kterou jsme se začali potýkat, jakmile se plastový 3D tisk dostal do naší výrobní praxe. Zorganizovali jsme proto pro naše zaměstnance mj. školení k souvisejícím právním aspektům. Kolegové se dozvěděli, jak nakládat s jejich nápady – které někdy mohou být základem vlastního patentu – a jak pracovat s dostupnými databázemi dílů. Máme vlastního specialistu, který v případě potřeby dodané návrhy posuzuje. Disponujeme koncernovou databází konstrukčních dílů a další budujeme pro navrhované přípravky. Zásadní je oblast záručních podmínek – protože na výrobní lince nemůžete použít, cokoliv vás napadne. Proto je velmi důležitá databáze přístupná všem ve výrobě, aby mohli sdílet data a disponovat informacemi o tom, zda je daný díl povolen, na jaké 3D tiskárně ho můžou vyrábět a z jakého materiálu. 

PRINC Každé odvětví má svoje standardy. Nejtěžší je to samozřejmě v letectví, kde například při výrobě dílu pro Airbus musíte projít čtyřletou certifikací a pokud se s dílem něco stane, musí být zpětně dohledatelné, kdy byl vyroben, jakým procesem atd. Klíčovým pro dosažení kvality je u 3D tisku hlavně zvládnout výrobní proces, protože zákazníka nezajímá hrubý materiál, ale jaké vlastnosti bude mít výrobek z něj – třeba, zda přežije nárazy. Firmy, které chtějí pomáhat svým zákazníkům, musejí rozumět normám, kterými jsou tito zákazníci vázáni. Aditivní výroba pak velmi často umožní zlepšit design, odlehčit díl, zmenšit množství materiálu a tím vylepší parametry finálního výrobku. Aditivní výroba navíc vyžaduje zcela nové standardy a praktická zkušenost nám říká, že většina velkých výrobců si tyto standardy a metodiky nyní vytváří sama.

HOMOLA Josefe, vy se v Prusa Research zabýváte těmi cenově nejdostupnějšími 3D tiskárnami, nicméně i vaši zákazníci mohou narazit na nutnost certifikovat vytištěný výrobek – třeba když jej chtějí použít komerčně. Sami jste si tím prošli, když jste vloni certifikovali čelenku pro ochranný štít používaný zdravotníky kvůli prevenci vůči koronaviru. Má certifikace tištěného výrobku nějaká specifika?

PRŮŠA Každý výrobek musí projít testovací laboratoří, které je úplně jedno, jak je to vyrobeno. Vzhledem k pórovitosti tištěných dílů jsme nechávali zpracovávat v laboratořích test dezinfikovatelnosti, kdy se na výrobek přímo nanášel vir SARS-CoV-2 a zkoušelo se to dezinfikovat. Naše zkušenosti jsme pak sdíleli s ostatními zájemci o výrobu těchto pomůcek, kterým jsme nabídli i předání našich certifikačních dat.

HOMOLA Váš nápad tisknout štíty mimochodem pomohl odklonit komunitu 3D tiskařů od naivních snah vyrábět na domácích 3D tiskárnách respirátory… 

PRŮŠA Když jsem v první vlně koronaviru zaznamenal, jak se všichni snaží tisknout respirátory, došlo mi, jak je to zrádné, protože takový tištěný respirátor bude profukovat. Pak jsme objevili rudimentální návrh tištěného štítu, který jsme rozvinuli dál, dostali jsme se s ním na ministerstvo zdravotnictví a mohli pak vydat instrukce, jak takové pomůcky vyrábět bezpečně. Proto se ten návrh ujal po celém světě, naše štíty tiskli například v automobilkách Mercedes nebo Ford. Spojil se se mnou třeba šéf United Launch Alliance s tím, že má doma několik našich tiskáren a jestli by si na ty štíty mohl dát jejich logo. Jako komunita jsme tak dokázali ohromným způsobem v dané chvíli vykrýt globální nedostatek takových pomůcek a v některých odlehlejších regionech tyto štíty tisknou dodnes.

HOMOLA Díky profesionálním 3D tiskárnám se nakonec respirátorové polomasky po určitou dobu tiskly a byly použitelné. Všechno to byly koncové výrobky, což dosud není u 3D tisku úplně standardní… 

PRINC Ve výrobě koncových dílů 3D tiskem je rozhodně obrovský potenciál a my musíme firmám pomáhat zvládnout složitosti, které s tím souvisí. Ke 3D tisku koncových dílů vede bezpečná cesta, která začíná u náhradních dílů. V rámci tzv. long tail je vhodné identifikovat komponenty, které se nevyplatí vyrábět konvenčně, tj. ve velkých objemech, na sklad a s globální distribucí, protože u některých méně často potřebných dílů může takto docházet k nadvýrobě, kterou je pak potřeba zlikvidovat. Nejbezpečnější je tedy začít tisknout to, co jste už zvyklí dělat. V další etapě můžete přistoupit ke zlepšování a optimalizování takových dílů prostřednictvím digitální výroby – takto bych doporučil mnoha firmám začít s využíváním tištěných dílů jako koncových výrobků. Důležitým faktorem je u aditivní výroby samozřejmě ekonomičnost, protože je potřeba rozlišovat bod zlomu mezi tím, kdy se již 3D tisk nevyplatí a nastupují konvenční technologie jako vstřikolisy. Dnes má smysl tisknout i desetitisícové výrobní série. 

FILOVÁ Naše skupina plastového 3D tisku byla kvůli výpadku v dodavatelském řetězci požádána, zda by byla nějakým způsobem schopna pomoct při dočasné absenci táhel na převodovky. Vymysleli jsme krytku, která dočasně zajišťuje prvek, na nějž se pak montuje táhlo v modelech Superb a Karoq. Takto jsme vyrobili zhruba 6,5 tisíce krytek, které v té chvíli v podstatě zachránily výrobu stejného množství aut. To znamená, že vynaložená investice asi čtvrt milionu korun nám díky této lokální výrobě na stolních 3D tiskárnách pomohla udržet výrobu vozů v hodnotě několika miliard korun. Úžasné bylo, že se tak zároveň ukázalo, jak flexibilně už ke 3D tisku naši kolegové přistupují, že nás s touto poptávkou oslovili. 

HOMOLA Zájemcům o 3D tisk se musí zdůrazňovat, že pro maximální využití jeho výhod je potřeba přehodnotit celý proces vývoje a výroby. Řada lidí má přitom ze 3D tiskáren zbytečnou obavu. 

PRŮŠA Největší vstupní bariéra byl dřív snadno uchopitelný CAD software pro začátečníky. Teď je ta doba úžasná, protože s aplikacemi jako je Fusion 360 nebo i jednoduchý Tinkercad je kolikrát jednodušší vymodelovat 3D věc než udržet formátování ve Wordu. Přitom i naši konstruktéři, když potřebují něco udělat rychle, tak si v tom nejjednodušším softwaru model naklikají, jako když stavíte lego. Ty základní věci, jak tisknout s co nejmenšími problémy a dostat se do efektivního stavu, dnes může uživateli 3D tiskárny trvat méně než týden. Hlavní je nebát se to vyzkoušet. To je i jeden z důvodů, proč jsme u nás otevřeli veřejnou dílnu PrusaLab nebo proč aktuálně děláme akci pro školy – od mateřských po vysoké, kterým chceme rozdat 3D tiskárny až za dvacet milionů korun. Snažíme se, aby lidi měli příležitost se s 3D tiskem setkat a zjistili, že se ho nemusí bát. 

HOMOLA Software je u 3D tisku velmi široká oblast. Vedle samotného konstruování výrobku se můžeme bavit o takových specialitách, jako je topologická optimalizace, která umožní pomocí výpočtů výrobek odlehčit až „na dřeň“. Když se vrátíme k výrobním aplikacím, co dnes po stránce obslužného softwaru pro 3D tisk očekává průmyslový zákazník? 

PRINC V laboratoři prototypování ty požadavky nejsou příliš velké, tam si výrobek vytisknete z CADu podobně snadno jako dokument na 2D tiskárně. Ve výrobě se ale dostáváme k již zmíněným standardům a zákazníka z průmyslu nezajímá, jakým se tiskne rozlišením, ale to, zda je 3D tiskárna připojitelná do výrobní linky a dokáže komunikovat s ERP či PLM systémy atd. O pořízení 3D tiskárny do takového provozu často rozhoduje ředitel IT a toho zajímá, jak se toto zařízení zapojí do zavedeného workflow a jak zabezpečené to připojení bude. 

HOMOLA Velkou překážkou v prosazování 3D tisku jsou předsudky lidí o tom, co to vlastně umí a zároveň určitá přehnaná očekávání, která jsou důsledkem zveličeného mediálního obrazu. Obvyklá je konfrontace s technologem zvyklým na určité tolerance a vlastnosti CNC obrábění, jeho principů a nákladů… 

PRINC Typické je, že slyšíte: „Dostal jsem výkres, tolerance musí být 10 mikrometrů ve všech směrech a musí to být z hliníku.“ Když se pak ale zeptáte, k čemu to má sloužit, kde bude výrobek zatěžován, jaké má konkrétně splňovat parametry a jak má fungovat, velmi často zjistíte, že takové tolerance vůbec potřeba nejsou, že není potřeba hliník a že dokonce díky 3D tisku může být ten díl o 60 % lehčí, spotřebuji méně materiálu i energie a budu mít menší množství odpadu. Všechno je to v hlavách těch lidí a tady je potřeba vyzývat status quo a pokládat správné otázky, protože díky tomu pak dojdeme k obrovským úsporám a k oné kreativní destrukci. 

FILOVÁ Strašně důležitá je komunikace, snaha pochopit kontext, partnery a pak využít všechno, co vy víte a umíte, protože máte šanci vyvíjet nové věci. 

PRŮŠA Souhlasím, my jsme kolikrát interně u nás narazili na to, že něco musí být kovové a ono se to dá udělat i z těch míň technických plastů, ty součástky jsou funkční a ostatně 30 % naší tiskárny je z plastu. 

FILOVÁ Když jsem nastoupila do výroby a logistiky, viděla jsem mezeru v tom, že neexistoval proces, jak implementovat digitální inovace do výrobního systému, který se soustřeďoval primárně na optimalizace. Není to úplně jednoduché, když se potřebujete napojit na tu infrastrukturu, ale důležité je, když vidíte, že s tím ti lidé chtějí něco dělat. Přistoupili jsme proto k procesu, kterému říkáme inovační pochůzky, při kterých ve výrobě hledáme problémy, snažíme se rozklíčovat jejich příčiny a zvažujeme, zda lze v daném případě uplatnit nějakou inovaci. Nabízíme pak zákazníkovi řešení na klíč včetně servisu, přičemž se opírám o úžasný tým doktorandů z několika českých technických škol. Naposledy jsme takto byli vyzváni logistikou, prošli jsme si několik vybraných provozů intralogistiky, abychom zjistili, zda jsou tam příležitosti pro plastový 3D tisk, doporučili jim tiskárny, materiály, proškolili personál a dál jim konzultačně pomáháme. 

HOMOLA Máme za sebou snad už ukončenou pandemii a během ní 3D tisk zazářil jako technologie, která umožnila pohotově reagovat na akutní nedostatky pomůcek. Vy všichni jste se na tom nějak podíleli, všichni jste si sáhli na díly, které se tiskly, aby pomohly. Zároveň se díky tomu aditivní výrobě opět po letech dostalo velké mediální pozornosti. Máte dojem, že to tomuto oboru pomohlo? 

PRŮŠA Díky tomu, co viděli jak se tisklo, nebo že se vůbec poprvé sami setkali s vytištěnou součástkou, teď lidé přicházejí víc připravení. Dovedou si představit ty limity, ale hlavně si teď uvědomují, že se 3D tisk může hodit i pro produkční věci.  PRINC Je potřeba vnímat i to, že makroekonomické faktory se moc nemění, země si nepadají kolem krku jako za starých časů globalizace a budeme se stále potýkat s problémy dodavatelských řetězců. Nadále bude tématem nedostatek materiálu i finálních výrobků. Ta krize je perfektním katalyzátorem ke změně. Když se podíváme, kolik bylo nedávno nainvestováno do výrobců 3D tiskáren a oni tyto zdroje získané na burzách i jinde nainvestují do vývoje, máme se v následujících letech na co těšit. Velký rozvoj můžeme očekávat v oblastech postprocesů, automatizace, softwarové integrace, materiálové výroby atd. Dnes je fantastické, že díky simulačním aplikacím dokážete vyvinout nový materiál tak rychle, že během tří dnů máte první prototypy a za tři měsíce jste v sériové výrobě. 

FILOVÁ Budoucnost vidím v tom, že 3D tisk dokáže těžit z dat, která ho obklopují nejen v rámci samotných produktů, ale i v rámci výroby. Že bude schopen nacházet příležitosti a inteligentně řešit problémy. Tak, jak vidíme, že digitalizace není cíl, ale nástroj pro plánování, řízení a optimalizaci výroby, ráda bych, kdyby chytrý 3D tisk dělal to samé. 

Text tohoto článku je redigovanou parafrází myšlenek a vyjádření, jež zazněly v přímém přenosu.