Aditivní výroba nepředstavuje jen 3D tisk. Jde v podstatě o navrstvení jakéhokoliv materiálu. V současné době se tiskne především z plastů, keramiky, organické tkaniny a kovů na základě digitálních dat (3D projektů). 3D projekty lze vytvořit pomocí programů pro 3D modelování nebo skenováním originálu. Ale také lze navařovat při opravách materiál a následně jej obrábět, což lze použít např. u vojenských aplikací při opravách poškozených článků pásů u pásové techniky nebo hlavní houfnic či kanonů.

Právě v souvislosti s vytvářením trojrozměrných objektů na základě digitálních dat nedávno proběhla v Brně konference „Aditivní technologie pro armádní využití“, kterou pořádala společnost DefSec Innovation Hub pod záštitou rektora ČVUT docenta Vojtěch Petráčka a za podpory NATO ACT Innovation HUB. Hostitelem byla Univerzita obrany.

Cílem konference bylo seznámit se s aktuálními novinkami v oblasti 3D tisku a následně pokračovat v diskusi, jak může průmysl a akademická sféra pomoci Armádě ČR s jejich zaváděním a efektivním využíváním v rámci rozvoje schopností AČR. A jaké jsou požadavky na aditivní výrobu v rámci rozvoje schopností AČR? Je to především spolehlivost, bezporuchovost, bezpečnost provozu (HW, SW), provozní a servisní náklady, pravidelný upgrade a efektivita.

Je zřejmé, že AČR čeká ještě kus cesty, než se podaří tuto technologii zavést a využívat ji zejména k výrobě náhradních dílů, opravám vojenské techniky a dalšího vybavení. Kromě vývoje samotné technologie pak bude další výzvou zejména „byrokracie“, a to především v oblasti legislativy. Jedná se o přípravy standardů, poskytování záruk na 3D tiskem vyrobené díly či vyřešení otázek kolem duševního vlastnictví.

3D tisk až v místě určení

V některých armádách NATO však prosazují jiný přístup, a to vyrábět „kdy a kde je potřeba“, což je schopnost, která by se neměla podceňovat. Příkladně pro výrobu náhradních dílů (ND) a opravy používá 3D tisk již nějakou dobu armáda USA. Na svých letadlových lodích např. využívá i autonomní systém (robotický prostředek) ke kontrole a případné okamžité opravě částí trupu lodě. Tato technologie má stále větší podíl dokonce při výrobě nových bojových letounů. Do výroby on-line investuje značné prostředky i Polsko. Tento přístup by umožnil rychlé opravy (výměnu poškozených komponentů) na bojišti, vést bojové operace s menšími skladovými zásobami, rychle a flexibilně reagovat na situaci na bojišti a redukovat nároky na dopravu vojenského materiálu. Používání této technologie splňuje také důležitý požadavek na zajištění bezpečnosti dodávek (security of supply) základní výzbroje a výstroje AČR.

Video: Soběstačnost v operačním nasazení z pohledu náhradních dílů je velkým tématem třeba pro americké námořnictvo. Na výsadkové lodi USS Bataan, která aktuálně působí v oblasti konfliktu nedaleko izraelských břehů, mají 3D tiskárnu kovů přímo na palubě. O zkušenostech s ní vyprávějí ve videu přímo námořníci. / YouTube

Kromě uvedeného použití 3D tisku pro účely výroby ND a oprav poškozené techniky, lze touto technologií vyrábět např. náhradní části poškozené částí výstroje vojáka, plastové pomůcky pro EOD týmy (vyloučení elektrických výbojů), maskovací prostředky nebo konstrukce pro betonové stavby.

Od plastů přes kompozity až po kovy

V současné době připadá největší podíl vytištěných produktů na plastové materiály. Jde zejména o polymery, které se vyznačují pevností a celkovou odolností za příznivou cenu. Špičkové polymery pak splňují vysoké nároky nejen na mechanickou odolnost, ale také na samozhášivost, nekouřivost apod.

Na druhém místě, co do objemu, je pak 3D tisk z kovů, který se hodí i pro ty nejnáročnější aplikace. Například tavením kovových prášků laserem (SLM) lze vyrobit precizní, tvarově velmi složité díly a sestavy ze široké nabídky kovů. Není již výjimkou, že se používá systém až 12 laserů pracujících současně, čímž se zásadně urychluje postup výroby. 

3D tiskem lze vytvářet také pevné a lehké kompozity. Jedná se o velmi odolné díly zpevněné výztuží z karbonu (uhlíku), kevlaru či skelného vlákna. Tyto kompozity jsou vhodné k výrobě běžných nástrojů i v náročných aplikacích pro letectví, kosmonautiku nebo vojenské použití. V současné době lze vyrobit i velké funkční díly z kompozitu bez spojování.

Vhodné technologie máme po ruce

Česká republika má jistou výhodu v tom, že na jejím území působí řada domácích i zahraničních společností, které zde mají svá zastoupení a snaží se spolupracovat s dalšími subjekty angažujícími se v rozvoji a používání aditivní výroby. Např. společnost 3Dwiser, generální partner konference, zastupuje na českém trhu významné zahraniční společnosti – od 3D tisku z termoplastů a pryskyřic přes kompozity až po kovy a také v oblasti přesného 3D skenování. Etablovala se již v oblasti našeho průmyslu. Tomáš Soóky, který společnost před téměř 10 lety zakládal, nastínil přítomným zástupcům armády smělou vizi: probojovat se postupně na čelo armád NATO ve využití moderních 3D technologií. Šikovné lidi i technologie tedy v České republice máme, jde jen o to neváhat a intenzivně je zkoušet a nasazovat. Nepřítel nečeká. 

Na 2. ročníku konference v Brně zaujali zahraniční hosté se svými přednáškami i v rámci četných diskusích v přísálí. Benjamin Baeumer (německý Nikon SLM Solutions) ukázal na příkladech, jak daleko je v armádách NATO aditivní výroba z kovů pro ty nejnáročnější aplikace a co je dnes vůbec možné vyrobit (lehké a zároveň robustní a tvarově velmi složité díly – od lopatek turbín a raketových motorů až po konstrukční prvky). Zástupci společnosti Markforged zase představili polní edici 3D tiskárny kompozitů, kterou lze dopravit transportním letadlem a shodit na místo určení, aby i v odloučených podmínkách dokázala vyrábět náhradní díly, potřebné nástroje a součásti vojenské výstroje. Dále na konferenci vystoupil zástupce německé společnosti Carl Zeiss AG zabývající se optikou a optoelektronikou a zástupce české společnosti Kříž s.r.o., jejíž majitel Libor Kříž má záměr využít aditivní výrobu pro zhotovení výšivek na uniformy vojáků, policistů a hasičů.

Vedle prezentací soukromých společností zazněly na konferenci vystoupení zástupců předních českých univerzit a vědeckých institucí (Univerzita obrany, ČVUT v Praze, Západočeská univerzita v Plzni nebo Výzkumný a zkušební ústav Plzeň s.r.o.).

Na Univerzitě obrany v Brně již s 3D tiskárnami pilně pracují. S technologiemi UltiMaker (termoplasty) a Markforged (odolné kompozity se spojitou výztuží), využívanými i v armádách NATO, např. ověřují možnost tisku náhradních dílů přímo v místě potřeby. Díly lze navrhnout např. dodavateli vojenských systémů, specialisty z Univerzity obrany nebo dodavateli aditivní technologie a místo složité logistiky a skladování by se vyráběly 3D tiskem kdy a kde by právě byly potřebné ze zaslaných dat.

3D tisk nemá nutně nahradit tradiční výrobní technologie tam, kde dobře fungují, jako např. u velkosériové výroby vstřikováním do forem apod. Skvěle je však doplňuje a přináší úplně nové možnosti, včetně výroby tvarově velmi složitých dílů pro nejnáročnější účely: pro obranný, kosmický i letecký průmysl, ve zdravotnictví apod.

Přes velký pokrok v aditivní výrobě má tato technologie vysoký potenciál dalšího rozvoje, avšak již nyní se aditivní výroba může podílet na získání náskoku jak v týlu, tak na bojišti.

Zdroj: Konference „Aditivní technologie pro armádní využití“, DefSec