Aditívna výroba (AV) a 3D tlač – odborné termíny vzájomne zameniteľné – sú živé a darí sa im veľmi dobre. Organizácie z celého sveta vrátane viacerých národných vlád investujú do vývoja a využívania týchto technológií enormné prostriedky. Ohromné množstvo nových spoločností a podnikov vyvíja produkty a služby pomocou AV takým spôsobom, ktorý sme v priemysle ešte doteraz nevideli. Šialeným tempom začínajú byť dostupné nové zariadenia a materiály. Nové aplikácie a iné výhody naznačujú trend, keď vytváranie prototypov pomocou AV bude základom výroby v blízkej budúcnosti. Nespočetne veľa organizácií takéto vyhliadky motivujú ku skúmaniu spôsobov, ako sa stať súčasťou tohto rýchlo rastúceho a vzrušujúceho priemyslu.

Tí, ktorí nasmerovali svoje investície do niektorých z verejne obchodovaných akcií, sa môžu cítiť mierne sklamaní zo súčasného stavu v tejto oblasti. Niektoré zmeny cien akcií za posledné dva roky neboli v skutočnosti dostatočne zaujímavé. A niektoré dokonca veľmi razantne klesli. No nedajte sa nízkymi cenami akcií zmiasť. Ak sa totiž pozriem na všetko ostatné, čo súvisí s AV, nie je ťažké prepadnúť nadšeniu, kam to všetko smeruje.

Pretlak investícií

Množstvo organizácií po celom svete uskutočnilo v oblasti AV ohromné investície. Začiatkom minulého roku bolo napr. oznámené, že na vytvorenie amerického Inštitútu pre inovácie výroby pokročilých kompozitných materiálov sa preinvestuje 259 miliónov USD. Ministerstvo energetiky prispeje sumou 70 mil. USD a zvyšok doplní konzorcium 122 komerčných firiem a univerzít. V septembri 2015 oznámila spoločnosť Alcoa, že investuje 60 mil. USD do rozšírenia svojho výskumno-vývojového centra, ktoré sa bude zaoberať aj vývojom metód a materiálov súvisiacich s AV. Štát New York oznámil, že plánuje preinvestovať 125 mil. USD do závodu zameraného na 3D tlač, ktorý bude fungovať na princípe partnerstva verejných a súkromných financií. Jeho hlavným partnerom bude nórska spoločnosť Norsk Titanium. V januári 2016 oznámila spoločnosť Stryker investíciu vo výške takmer 400 mil. USD na vybudovanie závodu zameraného na výrobu titánových ortopedických implantátov pomocou AV. O mesiac neskôr oznámila spoločnosť Siemens zámer investovať 21,4 mil. EUR do otvorenia prevádzky zameranej na 3D tlač z kovu vo Švédsku. Anglická spoločnosť Metalysis v rovnakom čase získala dotáciu vo výške takmer 29 mil. USD na výrobu a komercializáciu kovových práškov, ako titán, zákazkové zliatiny a tantal používaných pri 3D tlači.

V prvom štvrťroku 2016 otvorila spoločnosť GE v Pittsburgu výskumné a vývojové centrum na ploche 11 613 m2 s názvom Centrum pre rozvoj aditívnej výroby s celkovou investíciou 32 mil. USD. Centrum bude slúžiť ako testovacia základňa pre mnohé divízie spoločnosti GE. V decembri 2015 oznámila spoločnosť GE Aviation, že začína výrobu osvedčených palivových dýz pomocou AV. Dýzy sa inštalujú do motora LEAP, ktorý sa dostal do prevádzky v roku 2016. Národný inštitút pre inovácie aditívnej výroby, známy aj ako America Makes, vstúpil do roku 2016 vo veľkom štýle. Podľa riaditeľa inštitútu Eda Morrisa sa členom tohto inštitútu do konca februára 2016 stalo 163 organizácií z celých Spojených štátov amerických. Tento projekt, ktorý opäť funguje ako partnerstvo verejných a súkromných financií, sa exkluzívne zameriava na AV, pričom na výskumné a vývojové projekty v tejto oblasti má spolu so svojimi 150 partnermi vyčlenených 87 mil. USD.

Noví hráči a zariadenia

Do oblasti AV sa zapája závratný počet firiem. Mnohé spoločnosti z celého sveta ponúkajú priemyselné systémy pre AV (s cenami 5 000 USD a vyššie). V roku 2015 vyrábalo a predávalo priemyselné systémy pre AV 62 výrobcov z celého sveta, čo je nárast o 13 firiem v porovnaní s rokom 2014.
Spoločnosť Ricoh vytvorila partnerstvo s japonskou spoločnosťou Aspect, Inc., a spoločne vyvinuli a uviedli do komerčného predaja laserový spekací stroj AM S5500P. Ten dokáže vyrobiť produkty s rozmermi 550 x 550 x 500 mm a jeho cena je okolo 658 000 USD. V septembri 2015 čínska spoločnosť Farsoon vytvorila partnerstvo s francúzskym Prodways a začiatkom minulého roku uviedla na trh nové zariadenie ProMaker, rad P. Ďalšie zariadenia využívajúce laserové spekanie na trh ešte len prídu. V roku 2016 uviedol švajčiarsky Sintratec na trh svoj laserový spekací stroj S1 za cenu 9 000 EUR, ktorý dokáže vyrobiť produkty s rozmermi 150 x 150 x 200 mm. Poľská spoločnosť Sinteritje je výrobcom zariadenia na laserové spekanie s označením Lisa, ktoré je z hľadiska možností podobný švajčiarskemu S1, ale obstarávacia cena je nižšia – 7 000 EUR. Výrobca obrábacích CNC strojov Sentrol z Južnej Kórey predviedol veľké zariadenie v cene 300 000 USD, schopné vyrábať časti z plastov, kovov a pieskov (pre odlievacie jadrá a formy).

Na trh v krátkom čase prídu aj ďalšie veľké zariadenia. Holandská spoločnosť Additive Industries predstavila zariadenia MetalFAB1 schopné vyrábať produkty s rozmermi 420 x 420 x 400 mm. Systém možno nakonfigurovať až z jedenástich modulov a obsahuje automatizovanú manipuláciu s upínacou doskou, odstránenie prebytočného prášku a dve výrobné komory. Základná cena zariadenia je 1,1 mil. EUR. Izraelská spoločnosť Massivit3D ponúka systém schopný vyrábať časti s rozmermi až 1,2 x 1,5 x 1,8 m. Vďaka svojmu relatívne malému rozlíšeniu nie je tento systém vhodný pre mnohé AM trhy. Avšak mohol by osloviť prevádzkovateľov tematických parkov, filmárov, rekvizitárov divadelných scén, tvorcov veľkých sôch, marketing/reklamu a pravdepodobne aj výrobcov nábytku.

Do predaja prišlo aj niekoľko rýchlych strojov vyrábajúcich produkty na fotopolymér. Najväčšiu pozornosť si v posledných rokoch zaslúžila americká spoločnosť Carbon, ktorá uviedla na trh nové zariadenie postavené na jej vlastnej technológii CLIP (Continuous Liquid Interface Production). Spoločnosť tvrdí, že jej technológia je až stonásobne rýchlejšia ako ostatné AV zariadenia. Ďalšia spoločnosť z Južnej Kórey – Carima – predstavila C-CAT technológiu 3D tlače (Continuous Additive 3D Printing). Ide o alternatívny spôsob využitia fotopolyméru, ktorý dokáže vo vertikálnom smere vrstviť s rýchlosťou 60 cm za hodinu. To je 4-krát rýchlejšie, ako sa uvádza pri rýchlosti vrstvenia pomocou spomínanej technológii CLIP.

Medzi ďalšie firmy, ktoré sa zameriavajú na technológiu vrstvenia fotopolyméru, patria NewPro3D z Kanady, Nexa3D z Talianska či Gizmo z Austrálie. Všetky tri sa môžu pochváliť vysokou rýchlosťou spracovania. A prichádzajú nové modely aj od známych výrobcov. Koncom minulého roku uviedla spoločnosť HP na trh produkt postavený na svojej technológii Multi Jet Fusion. Termoplastické diely sa podobajú tým, ktoré sa vyrábajú metódou laserového spekania, ale sú vytvárané 10-krát rýchlejšie. V pláne je aj možnosť výroby viacfarebných produktov a produktov so špeciálnymi fyzikálnymi vlastnosťami, ako je napr. elektrická vodivosť. Canon plánuje uviesť do komerčného predaja produkt pre AV v roku 2017, ale zatiaľ bližšie nešpecifikoval technológiu, ktorú bude používať. Očakáva sa, že to bude na báze polyamidu, polypropylénu a iných termoplastických materiálov. Mattel plánuje predstaviť svoj nový ThingMaker, využívajúci vytláčanie materiálu, v roku 2017. Produkt v cene 299 USD zacielený na deti prichádza po 50 rokoch po známom Creepy Crawler ThingMaker, ktorý používal malé formy a plastické látky na vytváranie gumových červíkov a hmyzu.

Nové materiály

Počet spoločností, ktoré vyrábajú materiály pre AV, obzvlášť kovy, tak isto narastá rýchlym tempom. Medzi tie, ktoré sa zamerali práve na tento segment AV, patria Equisphere (Kanada), Carpenter Technology Corp. (USA), Falcon Tech (Čína), H. C. Starck (Nemecko), LPW Technology (UK), Osaka Titanium Technology (Japonsko) a ďalšie. Wohlers Associates pri spracúvaní tejto štúdie našla 34 spoločností ponúkajúcich kovy pre AV. Aj keď AV využívajúca polyméry bola na trhu o 1,5 dekády skôr ako AV využívajúca kovy, na trhu je menej dodávateľov ponúkajúcich polyméry pre AV priemyselnú AV. Dôvodom je, že väčšina hlavných výrobcov systémov AV uzamkla svoje zariadenia proti použitiu iných materiálov. Uplynutie obdobia uzavretosti kľúčových patentov nasledované vývojom nových zariadení pre AV s otvorenou architektúrou viedlo k nárastu počtu spoločností ponúkajúcich pre tieto zariadenia polyméry. Medzi tie, ktoré ponúkajú polyméry pre priemyselné systémy AV, patria napr. Arkema (Francúzsko), DSM Somos (USA), Evonik (Nemecko), Farsoon (Čína) či francúzska Rhodia. Približne 23 spoločností ponúka polyméry pre priemyselné systémy AV.

Nastupujúce oblasti

Využitie AV pre tvorbu modelov a prototypov je už dobre zavedené a zvládnuté. Tento priemysel sa už rozvíja 28 rokov a dokázal zdokonaliť technológie aj pracovné postupy pre tieto dôležité aplikácie. Veľkou výzvou pre nasledujúce obdobie je využitie AV pre vytvorenie finálnych častí s kvalitou finálnych produktov. To je presne oblasť, na ktorú sa budú všetci sústrediť a kde aj bolo v posledných rokoch nasmerovaných najviac investícií. Izraelská spoločnosť Nano Dimension sa zameriava na výrobu 3D tlačiarní pre výrobu dosiek plošných spojov. Zariadenie s dvomi tlačovými hlavami využíva technológiu nastrekovania materiálu, kedy fotopolymér tvorí základový materiál a strieborná nanočasticová náplň vytvorí vodivé spoje. Tlačová hlava nanáša striebro vo vrstvách s hrúbkou 2 µm. Vytlačenie dosky plošných spojov s rozmermi 38x38 mm trvá približne 75 min, takže spoločnosť sa sústredí na oblasť tvorby prototypov a malo sériovej výroby.

Fenomén FDM

Už od roku 2000 je celosvetovo najpopulárnejšou metódou v rámci aditívnej výroby a 3D tlače technológia nanášania termoplastického materiálu po jednotlivých vrstvách (FDM – fused deposition modelling). Spoločnosť Stratasys predala v roku 2003 podľa štúdie Wohlers Report takmer toľko isto zariadení s technológiou FDM, koľko sa predalo všetkých ostatných zariadení pre AV s inými technológiami dokopy. V roku 2006 tvoril podiel predaných zariadení spoločnosti Stratasys 54,7 % všetkých predaných zariadení pre AV. Málokto však vie, že rok 2007 bol pre technológiu FDM prelomový. V tomto roku bol totiž spustený projekt RepRap zameraný na FDM technológie, ktorého základom boli otvorené riešenia. Aj vďaka tomu sa podľa štúdie Wohlers Report 2016 podarilo v roku 2015 predať takmer 12 600 zariadení pre AV s cenou pod 5 000 USD. Projekt RepRap sa stal základom na vznik stoviek nových startupov, ktoré začali vyrábať a predávať PDM clony po celom svete. Od roku 1991, keď spoločnosť Stratasys predala svoje prvé FDM zariadenie, sa toho udialo veľmi veľa. Pri tom veľkom počte spoločností, ktoré sa snažia vybudovať svoj biznis na FDM, je ťažké povedať, koľko z nich prežije. Mnohé z týchto lacnejších 3D tlačiarní používajú priemerní používatelia v domácnostiach, ale sú čoraz viac obľúbené aj pri výrobe základných modelov a prototypov vo firmách všetkých veľkostí. A vo veľkom si ich kupujú aj vzdelávacie inštitúcie.

Záver a sumarizácia

Priemysel AV je silný a ide na plný výkon bez ohľadu na ceny akcií, ktoré za posledné dva roky neboli až také hviezdne. Ak sa na to pozrieme z iného pohľadu, je veľmi ťažké nežasnúť nad tým, ako rýchlo vznikajú spoločnosti, zariadenia, materiály a služby súvisiace s AV. Vyvíjajú sa nové aplikácie, obzvlášť výroba súčastí pre finálne výrobky. Stolové 3D tlačiarne s nízkou cenou naberajú na popularite, obzvlášť medzi firmami a vzdelávacími inštitúciami. Základy postavené v priebehu 28 rokov, spojené s výsledkami mnohých nových vývojových aktivít poukazujú na budúcnosť, ktorú bude možné vo vzťahu k AV výrobkom a službám z globálneho pohľadu už čoskoro merať v desiatkach miliárd dolárov.

Zdroj: Wohlers, T. – Caffrey, T.: Additive Manufacturing: The State of the Industry. [online]. Publikované máj 2016. Dostupné na: http://www.AdvancedManufacturing.org. 

-tog-