3D tisk se tomuto prozatím nadnesenému cíli skutečně postupně přibližuje, kdy jako aditivní proces pokládáním souvislých vrstev materiálu umožňuje vytváření součástek, komponentů a různých objektů. Aditivní výrobě (Additive Manufacturing, dále AM) a 3D tisku jsem se již věnoval dříve v článku „Aditivní výroba na dosah také pro AČR“. Nyní se podíváme, co se od té doby událo.

AM Village 2024

Ve dnech 13. až 17. 5. 2024 se v belgickém Tournai uskutečnil workshop (WS) „The Additive Manufacturing Village 2024“. Účast na tomto WS poskytla příležitost k získání informací o možnostech a požadavcích v oblasti 3D tisku pro využití v ozbrojených silách. Průběh WS obsahoval odborné semináře, briefingy a praktické ukázky 3D tisku. Podrobně byly představeny různé metody 3D tisku a možnosti jejich optimálního využití. Zástupce EDA (European Defence Agency) zdůraznil význam vzájemné spolupráce v této oblasti, zejména na digitalizaci a vytváření systematické databáze v oblasti výroby náhradních dílů a oprav technologií AM, včetně prohlubování spolupráce se zástupci průmyslu. Vedle praktického uplatnění inovací v oblasti AM byly diskutovány otázky k zajištění technické interoperability, včetně tvorby a dodržování standardů NATO/EU.

Dne 14. 5. 2024 pak navštívila akci belgická ministryně obrany, která ve svém proslovu zdůraznila význam a potenciál AM a vyjádřila svou podporu pro využívání této technologie v ozbrojených silách, zejména jako nástroje ke snížení logistické zátěže. Poté se seznámila s jednotlivými stanovišti přítomných zástupců průmyslu a armád či institucí NATO/EU.  

Hlavním cílem WS bylo identifikovat možnosti vojenského využití 3D tisku v rámci cvičení, misí či bojového nasazení jednotek; identifikovat možnosti AM v rámci logistického zabezpečení; ověřit schopnosti průmyslu ve využívání nových postupů AM, vytváření praktických aplikací, výměna zkušeností („Best Practice”); a definovat trendy rozvoje této technologie. Pozvaní zástupci obranného průmyslu se naopak mohli dozvědět o požadavcích na vojenské aplikace AM a současných výzvách pro praktické využití.

Battle Damage Repair

Mezi důležité oblasti logistického zabezpečení patří tzv. „Battle Damage Repair“ (BDR), tzn. opravy bojového poškození techniky, často také v přední linii či její blízkosti, kdy jsou zvolená řešení výrazně ovlivněna časovým rámcem a dalšími podmínkami vyplývajícími z vývoje bojové situace. 

Poznatky z konfliktu na Ukrajině

Dosavadní poznatky z ukrajinského bojiště jsou následující:

• Značná část potřeby náhradních dílů se vztahuje k vojenské technice sovětské výroby; o to více narůstá požadavek na výrobu chybějících náhradních dílů či opravy této techniky využitím AM.
• Podíl AM na opravách bojové techniky oproti tradičním postupům je několikanásobně vyšší.
• Ničení/zranitelnost stacionárních dílenských prostředků (kontejnerů) poblíž prvosledových jednotek, zejména v dosahu dronů a dělostřelectva protivníka potvrzuje význam mobilních řešení, ale také maskování (přenosná řešení – bezpečná umístění).

Přenos dat a jejich ochrana

Další důležitou oblastí spojenou s AM a zabezpečením oprav je bezpečný přenos dat, čehož lze dosáhnout šifrováním a používáním zabezpečených zařízení v souladu s požadavky na práci s utajovanými informacemi. Využití získaných dat protivníkem může vést k odhalení slabin vlastní techniky. V řadě případů budou opravy totiž probíhat ve spolupráci s dodavateli, kteří na základě vyžádání zašlou příslušná data k provedení opravy a vytištění potřebných náhradních dílů. Tímto způsobem bude minimalizováno prodlení spojené s dopravou náhradních dílů, nemluvě o finančních úsporách a rychlém vyřešení nebojeschopnosti poškozené techniky, což je v dané situaci to nejpodstatnější. Zároveň bude posuzováno, zda bude náhradní díl využit také pro dočasné (nouzové) využití, nebo pro plnohodnotnou opravu dle příslušných certifikací a standardů, jejichž vytváření v rámci NATO a EU zatím zaostává. Zejména do doby, než budou zavedeny příslušné standardy, bude důležitou součástí výrobního procesu důsledné prověřování kvality (pevnost, pružnost, odhalování defektů) a funkčnosti náhradních dílů cestou testování a získávání a výměny zkušeností. 

Rostoucí potenciál AM

Postupně se prosazuje potenciál AM pro rozvoj schopností logistického zabezpečení. Jedná se především o výrobu náhradních dílů, ale i o opravy poškozených částí techniky (zacelení průstřelů či nahrazení chybějících částí). Využíváním AM tak lze redukovat celkovou zátěž na logistické zabezpečení ozbrojených sil. 

AM zaznamenává dynamický vývoj, zvyšuje se počet využitelných metod 3D tisku a s tím souvisejících druhů a konfigurací 3D tiskáren. Širšímu, kvalitnějšímu a levnějšímu využívání AM přispívá rovněž využívání nových materiálů vhodných pro 3D tisk, nebo také vývoj 3D skenerů, které umožňují vytvoření 3D modelů, podle nichž je za pomocí softwaru prováděn 3D tisk cílového výrobku.

V rámci WS bylo ukázáno na příkladu výroby balistické vesty z polymeru s požadovanou ergonomií, jak lze pomocí skenování tvarů těla vyrobit balistickou vestu přesně na tělesné proporce uživatele. Pokud není známo složení výchozího materiálu, používají se k určení jeho vlastností (např. hustoty, struktury) různé metody a přístroje. Mezi nejčastější patří používání rentgenového záření (přístroj CT), zkouška tvrdosti či jiskrové zkoušky apod. K zabezpečení požadované kvality produktů AM slouží také jejich konečná úprava (opracování nerovností, vyhlazení atd.), tzv. postprocessing. Rovněž u 3D tisku platí, že čím více kusů se vyrobí, tím se snižují náklady (příprava – podložky, podpěry + vrstva keramiky, použití vymývací lázně k čištění, sintrování – vypečení v peci apod.).  

Obecně lze říci, že pro levnější aplikace 3D tisku jsou využívány různé druhy polymerů podle požadavků na jejich vlastnosti. Například v souvislosti s maximální odolností na teplotu můžeme použít polymer, který odolá teplotě do 250 °C. Významný rozvoj zaznamenává také 3D tisk z kovových materiálů. Nejčastěji se využívá ocel, titan, cín, nikl a hliník. Podstatou 3D tisku je postupné nanášení vrstev filamentu (náplně do 3D tiskárny v podobě drátu či kovového prášku). Tepelně zpracovaný materiál lze pak nanášet pomocí hlavice s tryskou či více tryskami. S využitím více trysek lze také tisknout najednou několik vrstev z různého materiálu a vytvořit tak kompozitní strukturu s požadovanými vlastnostmi, což je jeden z předpokládaných trendů dalšího rozvoje 3D tisku.

K využívání AM přispívá i rozvoj digitalizace a dalších technologií, mezi nimiž zaujímá významné místo umělá inteligence (AI). Využívání AI v rámci AM umožňuje rychle reagovat na bojové zkušenosti a vyznačuje se flexibilitou zvolených řešení 3D tisku včetně využívání nových materiálů a vhodných nástrojů software. 

Ukázky dodavatelů 3D tiskáren

Během WS prezentovala své 3D tiskárny řada dodavatelů z různých zemí. Např. 3D tiskárna od španělské společnosti MELTIO využívá k optimálnímu tavení filamentu a přilnutí vrstev 6 laserů, které tak z různých stran vytvářejí tavicí body. 

Australská společnost TITOMIC používá k 3D tisku technologii studeného nástřiku, která využívá pro pokovování nebo opravy dílů fúzní kinetický proces. V případě používání hliníku se aplikuje tlak 6 barů, vyšší tlaky jsou pak uplatněny např. při používání titanu.

V rámci praktických ukázek 3D tisku byla možnost se seznámit i s českými 3D tiskárnami od společnosti Prusa Research a.s. Ta zaujímá významné místo ve světové produkci domácích tiskáren a její sortiment se stále rozšiřuje. Tiskárny Original Prusa již využívá většina armád zemí NATO. Zástupce společnosti Jiří Průša ohledně 3D tisku a produktů společnosti Prusa Research a.s. uvedl následující:

• 3D tiskárny Original Prusa v rámci obranných složek nacházejí uplatnění jak při výrobě prototypů, tak vybraných náhradních dílů. Zkušenosti z Ukrajiny pak ukazují, že 3D tisk má dnes nezastupitelné místo při výrobě dronů a souvisejících komponentů, kdy je nutné reagovat na měnící se podmínky na bojišti a kroky nepřítele.
• Dosavadní uživatelé ze strany armády u našich tiskáren oceňují možnost fungovat plně v off-line režimu, stejně jako absenci kamery, která u některých konkurenčních produktů přenáší data z tiskárny a ukládá je do cloudu mimo země NATO. 
• K dalšímu rozšíření 3D tisku v rámci armády by určitě přispělo zohlednění AM již v rámci akvizičního procesu, který by obsahoval např. požadavek na dodání části dílů ve formě 3D modelu, včetně souvisejícího duševního vlastnictví.

Mezi další produkty s využitím 3D tisku patřily také různá těsnění ze silikonu a polymerů, nebo rovněž ortézy a další protetické pomůcky. 

Výroba nevýbušných zátarasů

Nelze opominout praktickou ukázku francouzské společnosti Constructions-3D, která předvedla využití 3D tisku na zhotovení betonových prvků, a to objektu vhodného třeba pro účely zřízení kontrolního nebo pozorovacího stanoviště a několika nevýbušných zátarasů požadovaného profilu.

Ukázkové zátarasy byly uvnitř vyztuženy kovovými prvky. Vnitřní prostor těchto zátarasů lze doplnit až na místě jejich instalace různým materiálem (kamením, pískem apod.). U takto vytvořených profilů však lze uvnitř zátarasu instalovat také výbušnou nálož (např. dálkově ovládanou).

Reverzní inženýrství

Pozornost byla věnována i reverznímu inženýrství, včetně rizik kopírování ze strany konkurence či potenciálních nepřátelských subjektů. Mezi první kroky reverzního inženýrství patří skenování a vytvoření 3D modelu. I v této souvislosti byly poskytnuty informace k patentovému právu a další legislativě v oblasti ochrany před kopírováním.

Inspirace pro akviziční proces

AM se stává postupně výzvou také pro akviziční proces. Již přichází doba, kdy bude potřeba řešit 3D tisk náhradních dílů v rámci uzavíraných smluv mezi resortem obrany a dodavateli vojenského materiálu. Nejde jen o náhradní díly pro novou techniku, ale také o tu starší, pro níž již se již náhradní díly nevyrábějí. K ukončení výroby originálních dílů totiž  dochází často i po deseti letech od ukončení výroby techniky nebo změně designu (velikosti, tvaru), či použitého materiálu. 

Je zřejmé, že jedním z předpokladů pro využití AM v ozbrojených silách, a tedy také v AČR, bude dobrá spolupráce s obranným průmyslem. Ta je nezbytná i při tvorbě standardů, úpravách legislativy či uzavíraných smluv tak, aby byla minimalizována rizika nesprávného použití AM, včetně např. dodržování záručních podmínek ze strany dodavatelů.

Výzvy pro ozbrojené síly

Důležitou oblastí pro používání 3D tisku je vyškolení odborného personálu. K tomu uvedl příslušník Bundeswehru, že vojáci často rotují, a proto dávají v této oblasti přednost civilním zaměstnancům, kteří vykazují vyšší stabilitu. Právě rychlé zaškolení spolu s nabídkou e-learningových kurzů a možnost snadné údržby představuje jeden z důvodů oblíbenosti tiskáren českého výrobce Prusa Research v ozbrojených složkách.

Nezbytným předpokladem pro zavedení AM do ozbrojených sil států NATO/EU bude rovněž příprava společných standardů. Napomoci by tomu mohla adaptace stávajících standardů ISO, ASTM a národních standardů.

Závěrem

V souvislosti s nárůstem požadavků na mobilitu vojenské techniky rostou také požadavky na flexibilní a rychlé provádění oprav a zabezpečení náhradními díly. V tomto směru poskytuje AM řadu racionálních a perspektivních řešení, jež umožní rychle obnovit bojeschopnost či provozuschopnost vojenské techniky.