Místo zdlouhavého obrábění nastupuje velkoformátový 3D tisk, který se během výroby sám kontroluje a průběžně upravuje. Právě na tom staví česko-německý projekt AI4MultiDirectAM, jehož ambicí je proměnit výrobu forem pro kompozitní díly v rychlejší, přesnější a úspornější proces.
Formy pro kompozitní díly, například karoserie nebo technické kryty, se stále často vyrábějí zastaralým způsobem. Tento postup funguje, ale je pomalý, drahý a náročný na materiál. Všechno začíná blokem materiálu, který se musí frézovat, opravovat a opakovaně upravovat. Než vznikne finální forma, uběhnou týdny. Náklady rostou a spolu s nimi i množství odpadu.
Když AI začne řídit 3D tisk
A v projektu AI4MultiDirectAM výroba forem funguje úplně jinak. Místo pomalého obrábění nastupuje velkoformátový 3D tisk řízený umělou inteligencí. Systém během výroby průběžně sleduje, co se děje, vyhodnocuje změny a okamžitě se jim přizpůsobuje.
Za projektem stojí firma Entry Engineering, CXI TUL, Fraunhofer IWU, RTT Automation a LAKOWA. Jejich společným cílem je proměnit velkoformátový 3D tisk v praktický a spolehlivý nástroj pro reálnou průmyslovou výrobu. Projekt míří především na výrobu velkorozměrových forem pro kompozitní díly v automobilovém a leteckém průmyslu, kde by mohl nahradit nákladné obrábění z umělého dřeva nebo hliníku.
Zásadní rozdíl oproti běžnému 3D tisku je v samotném principu výroby. Netiskne jen po vrstvách směrem vzhůru. Technologie stojí na šestiosých robotech, které umějí tisknout vícesměrově — po křivkách, šikmo, na zakřivené povrchy. To otevírá cestu k výrobě složitějších tvarů, větší volnosti návrhu i menší závislosti na podpůrných strukturách. Jenže právě ve chvíli, kdy výroba získá větší svobodu, roste i náročnost na kontrolu kvality. A tam přichází ke slovu umělá inteligence.
Oči a smysly při kontrole robotického tisku
Aby systém poznal, že se při tisku něco začíná kazit, musí nejdřív vidět, co se při výrobě skutečně děje. Proto projekt buduje doslova síť očí a smyslů, která hlídá celý proces. Sleduje se chování extruderu, pohyb robota, teplotu trysky i to, jak vrstvu po vrstvě vzniká samotný díl. Pomáhají s tím termokamery a LiDAR senzory rozmístěné kolem tiskového pracoviště.
Jenže data nestačí jen sbírat. Musejí být správně sladěná v čase, uložená a připravená tak, aby se z nich mohla učit umělá inteligence. Projekt proto buduje také chytrou datovou infrastrukturu. Ta zvládne pracovat s běžnými údaji i s náročnými daty, jako jsou videa, termální záznamy nebo 3D mračna bodů z LiDARu. Jinými slovy: nestačí mít chytrý stroj. Je potřeba mít i chytrou paměť.
Díky tomu bude možné vytvořit digitální dvojče celého procesu. Což bude detailní záznam výroby, který ukáže, co se při tisku dělo, kde vznikla chyba a jak na ni systém zareagoval.
Takže jinými slovy, pomocí dat se sleduje průběh tisku, Pokud něco nesedí třeba šířka vrstvy, teplota, deformace, tak AI navrhne změnu. A ta se okamžitě promítne do další vrstvy. Žádné čekání na operátora, žádné přehřívání, žádné opakování.
Entry bude testovat 3D tisk naostro
První rok projektu ukázal, kde velkoformátový 3D tisk naráží nejčastěji. Tým identifikoval tři klíčové problémy: nerovnoměrné rozložení tepla v tištěném objektu, deformace při chladnutí a rozměrové nepřesnosti způsobené pohybem robota nebo vlastnostmi materiálu. Jinými slovy: díl se může zkroutit, vrstvy nemusí správně držet a výsledný tvar se může odchýlit od návrhu. Ve vývoji jde o komplikaci, v průmyslu často o důvod, proč výrobek neobstojí. Právě tady má pomoci kontrola pomocí AI.
Ve firmě Entry v Ohrazenicích u Turnova vzniká nové pracoviště LSAM s robotem KUKA Quantec KR 250, extruzní hlavou CEAD S25 s kapacitou 25 kilogramů za hodinu a nově navrženou tiskovou komorou. Pro firmu jde o prakticky využitelný krok. „Je to velká příležitost spolupracovat na vývoji velice zajímavé technologie, která je pro nás přímo využitelná pro účel výroby nářadí pro produkci kompozitních dílů,“ říká Michal Amrich. Jak ale dodává, možnosti využití jsou mnohem širší, od tisku velkoformátových strukturálních dílů přes mockup modely až po vizuální a dekorové velkoformátové prvky.
Další krok: senzory, data a online monitoring
Celý systém se připravuje tak, aby v budoucnu zvládl i zásahy do procesu v reálném čase podle dat ze senzorů a doporučení umělé inteligence. Pokračují práce na integraci senzorů, generování dat pro trénink AI i na optimalizaci datových toků. Prvním plánovaným výstupem má být funkční vzorek senzorické hlavy pro online monitoring velkoformátového 3D tisku.
Právě online monitoring a programové korekce mají pomoci stabilizovat provoz LSAM technologií. Jak vysvětluje Michal Amrich, obtížná je především teplotní regulace a rychlost tisku. „Masa materiálu, kterou tiskem tvoříte, je významně větší než u běžných FDM tisků. Chladne významně pomaleji a nemůžete tak tisk neřízeně vrstvit. Tisk by se mohl zbortit nebo tvarově zdeformovat.“ A právě tady nastupuje role AI. Pokud nebude dodržen tvar, na základě dat ze senzoriky a jejich vyhodnocení upraví program následné vrstvy. Pokud se objeví povrchové defekty nebo stringování, AI upraví tiskové parametry, například teplotu okolí, teplotu taveniny nebo rychlost tisku. Podle Amricha se tak snižují rizika výroby nedokonalých tisků, ekonomické ztráty i časové prodlevy.
Kde velkoformátový tisk dává smysl
Velkoformátový tisk ale podle něj není určený pro každého. „Pokud sériově vyrábíte velké plastové díly, asi je i nadále budete vyrábět vstřikolisováním, termoformingem či jinou produkční technologií,“ říká. Vhodný je především tam, kde jde o vzorování nebo kusovou a malosériovou výrobu. V takovém případě může LSAM ušetřit materiál i čas potřebný pro výrobu prototypového nářadí nebo umožnit prototyp rovnou vytisknout a doobrobit.
Možností využití je podle Michala Amricha mnoho. Zároveň ale upozorňuje, že technologové, konstruktéři a designeři tento způsob výroby zatím při návrhu svých produktů často nezohledňují. „Neznají technologické limity a neumí díly pro LSAM korektně navrhovat.“ I proto je Entry otevřené sdílení tohoto know-how a zájemce rádo přivítá.
Ocenění za česko-německou spolupráci
Projekt navíc už v prvním roce získal hlavní cenu Česko-německé obchodní a průmyslové komory za přeshraniční spolupráci. A právem, protože AI4MultiDirectAM slibuje výrobu, která se během procesu dívá sama na sebe. A když zjistí, že něco není v pořádku, zasáhne dřív, než vznikne zmetek.
