Špinavé tajomstvo za 3D tlačou

3D metalická tlač, respektíve následné spracovanie výrobkov so sebou prináša aj pomerne nezanedbateľné množstvo manuálnej práce. Tým sa táto technológia výrazne predražuje.

3D tlač nie je žiadnou novinkou. Už v roku 1947 o nej fantazíroval autor science-fiction príbehov Eric Frank Russell vo svojej krátkej poviedke Hobbyist:

„… stroj vyrábal malú jaštericu s rôžkami. O procese výroby nemohli byť žiadne pochybnosti, pretože oba predmety už boli napoly vyrobené a výroba oboch pomaly pokračovala popri tom, ako sme proces sledovali. Za pár hodín, možno menej, budú hotové …

… Nekonečné množstvo strojov, každý iný, a všetky vyrábajú rôzne veci, rastliny, chrobáky, vtáky a huby. Má to na svedomí elektroponika, atóm sa pridá k atómu ako tehla k tehle, keď sa stavia dom.“

Zhruba o 70 rokov neskôr sa 3D tlač naozaj objavila a jej technológia sa stále zdokonaľuje. Rôznorodosť vecí, ktoré možno dnes vytlačiť, je takmer nekonečná. Hoci, kovové časti nevyrábajú systémom „atóm k atómu“, ale skôr „vrstva na vrstvu“, roztavením kovového prášku laserom (ide o najviac spriemyselňovanú technológiu). 3D tlačiarne sú dnes natoľko dokonalé, že umožňujú vyrobiť aj zložité tvary už za pár hodín  Jediná vrstva má totiž hrúbku približne ľudského vlasu, vďaka čomu dokážeme urobiť ohromujúce kreácie, ktoré je ťažké alebo nemožné vytvoriť bežnými metódami.

 

Vodovodný kohútik vytvorený 3D tlačou (American Standard)

To je všetko pekné, ale čo náklady? Je to pre biznis rentabilné? 3D tlač v skutočnosti vyhráva na plnej čiare: fixné náklady sú relatívne nízke v porovnaní s masovou výrobou a variabilné  v porovnaní s ručnou prácou. Umožňuje to veľkú pružnosť výroby a menšie série, tzv. masovú customizáciu alebo masovú výrobu na zákazku. A to je niečo nové pre spotrebiteľov aj biznis. Podľa spoločnosti Forbes je v roku 2020 na tomto trhu  medzera výroby pre spotrebiteľov v rozsahu 15,3 mld. $.

Kde teda hľadať to špinavé tajomstvo?

Práve  v základnej ekonomike. 3D metalická tlač, respektíve následné spracovanie výrobkov so sebou prináša aj pomerne nezanedbateľné množstvo manuálnej práce. Tým   sa táto technológia výrazne predražuje. Na to, aby sa dala uviesť do praxe vo väčšom meradle, by sa práve táto „spracovateľská„ časť mala zmenežovať. Podľa správy nezávislej konzultačnej spoločnosti Wohlers Associates z roku 2018, sa 27 % celkových nákladov na výrobu objektu prisudzuje následnému opracovaniu. Približne polovica manuálnej práce je odstraňovanie ‘podporných štruktúr’ (druhá polovica je leštenie). Podporné štruktúry sú akýmsi lešením, podobne ako pri stavbe novej budovy:

Po dokončení tlače sa podporná štruktúra musí manuálne odstrániť, napríklad  pomocou klieští. To so sebou prináša  ďalšie leštenie, pretože nie vždy sa podporné konštrukcie podarí odstrániť úplne hladko. S krásnymi novými dizajnami teda vôbec nezaobchádzame elegantne. Na získanie dokonalejšieho konečného produktu by sa alternatívne dali využiť aj iné formy obrábania (frézovanie, vŕtanie atď.).  Tie by síce znížili podiel manuálnej práce, lenže kvôli jednorazovej povahe 3D tlače by bolo výsledkom ešte viac (manuálneho) programovania. Každý výrobok získaný 3D tlačou by potreboval svoj vlastný program.

S riešením dilemy finálneho „opracovania“ však prichádza ABB.  V švajčiarskych laboratóriách pracuje náš tím „Powder2Product“ na autonómnej metóde odstraňovania podporných štruktúr. Vlastne sa snaží urobiť autonómnym programovanie (optimalizáciou trajektórie) aj rezanie (prácou robota). Riešenie tímu sa odvíja od troch vecí:

  1. Prístupnosti – z pohľadu geometrie objektu vyrobeného 3D tlačou vieme pre použitie určitého rezacieho nástroja vytvoriť ‘mapy’ prístupnosti, ktoré rozdelia priestor na zelené (prístupné) miesta a červené (kolidujúce) miesta:

 

2. Optimalizácie trajektórie – na základe tejto ‘mapy’ môžeme vytvoriť plynulo sa pohybujúcu trajektóriu. Docielime ju matematickou optimalizáciou, keď vezmeme do úvahy čas potrebný na presun z jedného prístupového miesta k druhému bez nárazu do objektu.

3. Prevádzky robota – optimalizovanú trajektóriu potom môžeme importovať do akéhokoľvek programu na riadenie robota a robot vyreže podporné štruktúry čisto, tak ako vidíte aj na simulácii:

Takto je 3D tlač  zachránená! Naozaj? No, nie úplne. Ešte stále treba prekonať niekoľko prekážok. Napríklad výber a parametre nástrojov v závislosti od geometrie a materiálov. Navyše, existujú aj iné metódy rezania namiesto obrábania, napríklad rezanie laserom.

Riešenie je však prvým autonómnym krokom k  ďalšiemu pokroku: k čoraz lepším nástrojom, ktoré sa sami replikujú, a uvoľňujú kreativitu každého výmyselníka s dobrým nápadom. V konečnom dôsledku to náš život zjednoduší, bude bezpečnejší a jednoducho lepší.

Kategórie and Tagy
O autorovi

Tomáš Gajdoš

Sales Manager, Robotics
Komentovať článok