Lodě vytištěné na 3D tiskárně se konečně stávají skutečností

Trup lodi je typem objektu, který 3D tisk vždy sliboval zlevnit: je velký, složitý, pracný a obvykle pomalý na výrobu. V nizozemském městě Delft jeden tým uvádí, že nyní dokáže vytisknout trup během několika dní místo týdnů, a to kombinací na míru vyrobené směsi plastu a sklolaminátu s velkoformátovou tiskárnou, která dokáže materiál nanášet téměř nepřetržitě.

Pokud se tento přístup v reálném světě ujme, nejedná se jen o novinku v podobě „vytištěné lodi“. Jde o test, zda se aditivní výroba může posunout od malých dílů a prototypů k regulovaným, bezpečnostně kritickým produktům – a zároveň změnit místo a způsob výroby.

Proč je stavba lodí tak lákavým cílem pro automatizaci

Stavba lodí je známá svou náročností na pracovní sílu, protože prostředí je neúprosné. Slaná voda, sluneční záření, opakované nárazy a biologický růst (znečištění) trápí materiály a výrobní zkratky. Tradiční konstrukce ze sklolaminátu se také obvykle spoléhá na formy a pečlivou ruční práci, aby se zajistila pevnost trupu na správných místech.

Tato kombinace – vysoká pracnost, dlouhé dodací lhůty a spousta opakující se práce – vytváří přímočarou pobídku: pokud dokážete věnovat více úsilí designu a méně praktické výrobě, můžete potenciálně zkrátit čas a náklady.

To je logika sázky společnosti CEAD. V Delftu popisuje Maarten Logtenberg (spoluzakladatel společnosti CEAD) jejich cíl automatizovat „téměř 90 % procesu stavby lodí“. Jakmile je návrh dokončen a tiskárna nastavena, může výrobní fáze teoreticky probíhat s minimálním lidským zásahem, kromě podávání základního materiálu a monitorování procesu.

Materiální problém: pevnost, sluneční světlo a růst moří

Nejtěžší není tiskárna, ale materiál trupu.

Aby bylo možné postavit trup, který lze používat (nejen vystavovat), musí tištěná konstrukce přežít nárazy a odolat dlouhodobé degradaci. V Delftu se milníkem stal jednoduchý „test s kladivem“: Logtenberg popisuje vzorek, od kterého se kladivo „jednoduše odrazilo“ a sotva zanechalo škrábanec.

Ten test nebyl o předvádění se; byl to zástupný příklad technické otázky. Trup potřebuje pevnost a tuhost, ale také odolnost vůči UV záření a tendenci mořských řas ulpívat na povrchu.

Odpovědí CEAD byla specifická směs termoplastů a sklolaminátu. BBC uvádí, že výsledný materiál je pevný, nepotřebuje další nátěr na ochranu před slunečním zářením a je odolný vůči znečištění a mořskému růstu.

Tyto vlastnosti jsou důležité, protože eliminují kroky. Pokud vytištěný trup vyžaduje mnoho následného zpracování – dodatečné nátěry, rozsáhlou povrchovou úpravu nebo strukturální vyztužení – výhoda „rychlého tisku“ se může proměnit v jiný druh nákladů na práci.

Jak velkoformátový 3D tisk mění výrobní postupy

Užitečný způsob, jak uvažovat o aditivní výrobě, je, že se jedná o předběžné řešení složitosti.

V tradiční výrobě sklolaminátu odvádí velkou část práce forma a ruční procesy vrstvení. U velkoformátového 3D tisku se práce posouvá dříve:

• Návrh musí být specifikován dostatečně přesně, aby jej stroj mohl stavět vrstvu po vrstvě.
• Tiskárna musí být navržena tak, aby zvládla velké, nepřetržité výtisky.
• Proces složení materiálu a nanášení musí vytvářet spolehlivé vazby mezi vrstvami.

Tiskárny CEAD staví loď „vrstvu po vrstvě“ podle digitálního návrhu, přičemž jednotlivé vrstvy se spojují s poslední a vytvářejí tak jeden bezešvý objekt.

Klíčovou výhodou tohoto přístupu je iterace. Pokud chcete změnit návrh, můžete často aktualizovat digitální model a tiskový plán, spíše než přepracovávat formu. To je důležité na trzích, kde jsou požadavky nejisté nebo kde zákazníci chtějí přizpůsobení.

Největší 3D tiskárna od CEADu je podle BBC dlouhá téměř 40 metrů a zákazník v Abú Zabí ji již použil k tisku elektrického trajektu. Tato velikost představuje rozdíl mezi tiskem malých komponentů a tiskem celých částí trupu.

Rané případy použití: vojenské prototypy a bezpilotní plavidla

Nejpravděpodobnějšími ranými trhy jsou ty, které si více než tradice cení rychlosti, iterace a flexibility.

BBC uvádí, že během 12 měsíců od doby, kdy CEAD zahájil provoz svého Centra pro námořní aplikace v Delftu, tým postavil pro nizozemské námořnictvo prototyp 12metrového rychlého člunu – podobného pevnému nafukovacímu člunu (RIB).

Logtenberg to porovnává s obvyklým příběhem o zadávání veřejných zakázek: „Když si námořnictvo obvykle koupí loď, trvá jim roky, než ji dostanou, a zaplatí za ni docela dost peněz.“ V tomto případě říká, že to tým zvládl za šest týdnů s „velmi omezeným rozpočtem“.

Existuje ještě jeden úhel pohledu, který odpovídá silným stránkám aditivní výroby: bezpilotní plavidla. BBC zmiňuje test se speciálními jednotkami NATO, v němž byly „námořní drony“ postaveny na místě během několika hodin, přičemž návrhy se měnily podle operačních požadavků.

V těchto příkladech se opakovaně objevují dvě myšlenky:

1. Přesun výrobyI velkou tiskárnu lze přepravovat v přepravním kontejneru a přesunout blíže ke koncovému uživateli.
2. Přeprava surovin místo hotových výrobkůLogtenberg tvrdí, že místo přepravy objemného trupu se základní materiál přepravuje ve velkých pytlích, což může být efektivnější z hlediska přepravy.

Tyto výhody jsou nejpřesvědčivější v kontextech, kde logistika a čas hrají stejnou roli jako jednotkové náklady.

Příběh spotřebitele: novinka nyní, cena později

V Rotterdamu se další společnost snaží prosadit potištěné lodě na trhu s vybavením pro volný čas.

Značka „Tanaruz“ společnosti Raw Idea se podle BBC zaměřuje zejména na pronájmy. Joyce Pontová, výkonná ředitelka Raw Idea, říká, že spotřebitelé mohou váhat, protože se jedná o nový produkt, ale trh s pronájmy je o něj aktivní. Část atraktivního produktu spočívá v marketingu: „máme loď vytištěnou na 3D tiskárně“ a lidé ji chtějí vidět a osahat.

Raw Idea také zdůrazňuje materiály. BBC uvádí, že na trupy lodí používá směs skleněných vláken a recyklovaných spotřebitelských plastů (například lahví od perlivých nápojů).

Prozatím to automaticky neznamená nižší ceny. Pont říká, že cena je v současnosti srovnatelná s tradičně postavenou lodí, protože recyklovaný materiál je dražší. Očekává však, že rozsah a flexibilita náklady sníží.

Také činí odvážnou předpověď: do pěti let by podle ní mohly lodě vytištěné na 3D tiskárně převzít segment rychlých pracovních/rychlých člunů.

Takové předpovědi se snadno zavrhují – dokud se nezmění několik provozních skutečností.

Omezení, které rozhoduje o všem: regulace a certifikace

Lodě nejsou pouzdra na chytré telefony. Námořní průmysl je přísně regulován a certifikace bývá z dobrého důvodu konzervativní.

BBC uvádí, že CEAD i Raw Idea jednají s evropskými regulačními orgány „téměř v reálném čase“, protože používají nové materiály a nové metody k výrobě plavidel, které nelze snadno srovnávat se staršími výrobními přístupy.

To je zásadní problém aditivní výroby: i když fyzika funguje, musí to dohnat „vrstva papírování“. Regulační orgány musí pochopit:

• Co je to za materiál, jak se časem degraduje a jak se chová při namáhání
• Zda sestavení vrstvu po vrstvě zavádí nové režimy selhání
• Jak standardizovat testování a kontrolu tištěných struktur

V praxi může být certifikace limitujícím faktorem. Pokud regulační orgány nemohou rychle schválit, nejrychlejší tiskárna na světě nepomůže.

Takže vytiskneme někdy celou loď?

BBC má jasno v tom, že k tisku celých lodí najednou máme ještě daleko.

Pont je skeptický ohledně bezprostředního zavádění tisku lodí v plném rozsahu a tvrdí, že superjachty a podobné lodě jsou „řemesla“, která budou odolávat automatizaci.

Logtenberg je optimističtější. Říká, že i stavba dvanáctimetrové lodi předčila jeho očekávání o rok dříve. Dlouhodobý horizont si představuje takto: stavba lodí již probíhá v modulech a kompletní vytištění trupu lodi by mohlo trvat „desetiletí nebo dvě“, ale pokračující výzkum termoplastů a zvětšování výrobních strojů by to mohly umožnit.

Způsob, jakým to čteme, není zárukou – je to plán. Překážkou nejsou jen větší tiskárny. Je to dlouhodobý výzkum materiálů, spolehlivost procesů a důvěra regulačních orgánů a zákazníků.

Sečteno a podtrženo

Velkoformátový 3D tisk lodí konečně začíná vypadat jako něco víc než jen trik, protože týmy řeší neatraktivní část: materiály, které vydrží sluneční záření, nárazy a mořské prostředí. Pokud certifikační rámce udrží krok – a pokud budou rané trhy, jako jsou vojenské prototypy, bezpilotní plavidla a pronajímané lodě, nadále nakupovat – tištěné trupy by se mohly stát skutečnou výrobní kategorií spíše než kuriozitou.

---

Zdroje

• https://www.bbc.com/news/articles/c751xw96e9yo?at_medium=RSS&at_campaign=rss