Společnost Siemens začala úspěšně používat technologii 3D tisku k výrobě náhradních
a malosériových dílů již v mnoha průmyslových oblastech – od výroby hlavic hořáků pro plynové turbíny přes opěradla sedadel řidičů tramvají až po terminálové boxy pro Německé státní dráhy. Na řadu přišla už i letecká doprava – spolu s partnerskou firmou Strata Siemens vytiskl první součástky pro osobní letadla společnosti Ethiad.
3D tisk momentálně zažívá obrovský boom. Očekává se, že do roku 2019 stoupnou globální prodeje v tomto sektoru o 30 % a přesáhnou 26 mld. USD. Inovace ve 3D tisku vnášejí do průmyslu nový stupeň flexibility. Konstrukční návrhy a prototypy lze s jejich pomocí vytvářet opravdu rychle a levně. Stejně tak malosériové speciální součástky. V železničním průmyslu, kde se jednotlivé vlakové soupravy používají i 30 a více let, 3D tisk umožňuje rychle ekonomicky vyrobit plastové nebo kovové komponenty, které se vyměňují jen zřídka, a nevyplatí se proto je držet skladem.
TOVÁRNA, KDE SE TISKNE NA PŘÁNÍ
Pro konkrétní příklad nasazení 3D tisku v praxi si můžeme zajet do jihoněmeckého Ulmu. V roce 2003 zde zavedli do provozu několik tramvajových souprav Siemens Combino. Po pár dnech ale několik řidičů těchto souprav přišlo s přáním, že by se jim hodila na opěradlech sedadla další ovládací tlačítka, například pro ovládání směrových světel a manipulaci s trolejemi. Poněvadž ale jejich objednávka byla příliš malá, zadání do konvenční výroby nepřipadalo v úvahu. Samotná úprava technického modelu ale snadná byla, poněvadž byl k dispozici v digitální formě. Během okamžiku tak bylo možné do něj přidat kavity, do kterých se později umístí požadovaná tlačítka. Samotná výroba pak probíhala v 3D tiskárně technologií laserového spékání plastikového prášku vrstva po vrstvě. 
Jiným příkladem je customizovaná spínací skříňka pro první generaci ICE vysokorychlostních vlaků (vyráběných v letech 1989–1993), které již nejsou součástí současných výrobních plánů. Německá železniční společnost Deutsche Bahn tuto komponentu potřebuje jen zřídka, a kdy tato potřeba nastane, nelze naplánovat dopředu. Okamžitý 3D tisk spínací skříňky proto výrazně snižuje prostoje vlaků a tím pochopitelně ušetří spoustu peněz.
V minulosti pokaždé, když se něco porouchalo a náhradní díly nebyly na skladě, tramvaje někdy celé týdny nebo i měsíce nevyjely z depa. Čekalo se, dokud se daný díl nesehnal. Kromě toho bylo většinou nutné objednat stanovené minimální množství, aby vůbec bylo možné zakázku realizovat. Dnes lze spoustu součástek vyrobit přímo v Kompetenčním centru v Erlangenu a zákazník ji dostane během několika málo dní.
3D tisk se rovněž výborně hodí pro rychlou výrobu dílů s komplexními geometriemi, které by bylo velmi složité vyrobit konvenčními metodami. 3D tisk je navíc prokazatelně často cenově mnohem efektivnější než výroba součástek jinými metodami a jejich následné skladování.
KOPIE LEPŠÍ NEŽ ORIGINÁL
Výroba nového dílu začíná v Erlangenu přípravou CADovského modelu. Ten bývá často dokonce mnohem lepší než originál, poněvadž se v něm může uplatnit lepší design, kvalitnější materiál a vylepšená výrobní technologie. Takto zkompletovaná data se odešlou do některé ze tří tiskáren, které má centrum k dispozici a kde vyrábějí komponenty z plastů, hliníku nebo nerezové oceli. Poté přichází na řadu testování použitelnosti, tvrdosti a nehořlavosti. 
Vytištěné náhradní díly ale mají i další přednosti. Poněvadž mají téměř vždy vylepšený design oproti předloze, na jejich výrobu se spotřebuje méně materiálu, a proto jsou lehčí. Navíc jsou většinou robustnější a mají delší servisní intervaly.
V některých případech lze do těchto součástek přímo ve výrobě zakomponovat další funkce.
Konkrétním příkladem je kryt motorového ložiska. Na rozdíl od původní komponenty, vytištěná součástka je uvnitř dutá a naplněná práškem. To má za následek řadu výhod, včetně podstatného snížení vibrací a tím pádem mnohem nižšího opotřebovávání.
3D tisk ale má samozřejmě i některé nevýhody. Například nelze vyrábět komponenty, které jsou větší než pracovní prostor tiskárny. Velké komponenty se ale většinou dají složit z několika menších, takže málokdy se stane, že by se zakázka musela úplně odmítnout. Tak je tomu například u tramvajového blatníku, který se skládá ze tří částí. Vzhledem k tomu, že při dopravních nehodách si tramvaj obvykle poškodí jen pravou stranu blatníku, většinou stačí nahradit jen třetinu tohoto dílu.
VIRTUÁLNÍ SKLAD
Objednávky, které Kompetenční centrum dostává, se ukládají ve virtuálním skladu náhradních dílů, který aktuálně uchovává kolem 450 digitálních modelů. K uskladnění těchto součástek tedy není potřeba žádný skutečný sklad, jehož provozování by znamenalo další náklady. Ve výrobě nenajdete žádné svařovací soupravy, ze kterých by lítaly jiskry, natož slévárny. Místo toho je areál Kompetenčního centra v Erlangenu plný zeleně a zakázky odcházejí z moderní budovy, ve které sídlí jak vývojová laboratoř, tak i samotná výroba.
TURBÍNY Z 3D TISKÁRNY OBSTOJÍ I V EXTRÉMNÍCH PODMÍNKÁCH
Dalším milníkem v oblasti 3D tisku, kterého se společnosti Siemens podařilo dosáhnout, je otestování lopatek spalovací turbíny v plné zátěži, které byly kompletně vyrobeny aditivní technologií. Testy probíhaly po dobu několika měsíců ve zkušebním středisku společnosti Siemens v britském Lincolnu.
Součástky se testovaly při 13 000 ot/min a teplotách přesahujících 1 250 °C. Siemens otestoval rovněž kompletně přepracovanou geometrii vnitřního chlazení turbín, rovněž vyrobenou aditivní technologií. Tým vývojářů použil k výrobě lopatek 3D tiskárny společnosti Materials Solutions, kterou v nedávné době získal do svého vlastnictví. 
Lopatky byly nainstalovány na průmyslovou spalovací turbínu typu SGT-400 o výkonu 13 MW. Byly vyrobeny z práškové polykrystalické superslitiny na bázi niklu s velkou mírou odolnosti vůči vysokým teplotám a tlakům a také proti značným odstředivým silám. Lopatky totiž musejí stoprocentně fungovat i v extrémních podmínkách: při plném výkonu turbíny se lopatky otáčejí rychlostí 1 600 km/h, tedy dvakrát rychleji, než může letět letadlo Boeing 737, a působí na ně zátěž až 11 t, což je přibližně váha plně naloženého londýnského dvoupatrového autobusu. Lopatky musejí rovněž odolávat vysokým teplotám, protože když běží turbína naplno, plyn v ní se ohřívá až na 1 250 °C.
VÝROBA LOPATEK NOVÝCH A OPRAVA POŠKOZENÝCH
Až dosud se lopatky pro spalovací turbíny buď odlévaly, nebo kovaly. Odlévání však komplikuje fakt, že je k němu třeba zkonstruovat formu, což je složitý, časově náročný a nákladný postup. Při aditivní výrobě se laserovým paprskem ozařují a žhaví tenké vrstvy kovového prášku, který se tak spéká do požadovaného tvaru. Díky tomuto postupu se podařilo zkrátit dobu od návrhu nové lopatky až po její výrobu ze dvou let na dva měsíce. Siemens na počátku loňského roku ve švédském Finspångu dokonce otevřel nový závod, který se na aditivní výrobu přímo specializuje.
V něm také byla již v červenci 2016 zahájena komerční aditivní výroba součástek pro spalovací turbíny.
Technologie 3D tisku se ale dobře hodí také k opravě poškozených komponent. Český Siemens ji například použil k opravě spalovací turbíny v brněnské teplárně Červený mlýn. V loňském roce zde vyrobili metodou selektivního tavení laserem tři hlavice hořáků, které při generální opravě turbíny nahradily poškozené původní hlavice. Díky této technologii bylo možné provést výměnu komponent za několik dnů, zatímco kdyby se měly obrábět klasickým způsobem z kovového polotovaru, celý proces by trval téměř rok. Takto tvarově složité díly totiž nelze klasicky vyrobit najednou, ale musejí se obrábět po částech. Naproti tomu technologie 3D tisku z hlediska tvarů v podstatě žádná omezení nemá. V tom spočívá jedna z jejích hlavních předností.
ADITIVNÍ TECHNOLOGIE VZLÉTAJÍ NAD MRAKY
V letadlech, která přepravují lidi, musí veškeré vnitřní vybavení do sebe perfektně zapadat. Ethiad Airways například řešily nepříjemnosti se špatně padnoucími kryty monitorů. Všechny se musely před montáží do letadel upravovat, což znamenalo spoustu práce a času navíc. Siemens proto vybavil výrobce těchto komponent, společnost Strata, technologií 3D tisku, s jejíž pomocí lze vyrábět kryty pro tuto leteckou společnost zcela na míru.
U MONITORŮ TO NEKONČÍ
Společná výroby krytů pro monitory je pouze začátkem plánované dlouhodobé spolupráce společností Siemens a Strata. V další fázi by měly obě společnosti začít společně pracovat na tisku vnějších kovových součástek. Rozvíjet se ale bude dále i spolupráce mezi společností Siemens a samotnými Spojenými arabskými emiráty. Ty nedávno prohlásily digitalizaci za třetí pilíř své ekonomiky, přičemž první dva představuje výroba nafty a turismus.
ZKUŠENOSTI K NEZAPLACENÍ
I když je to pro Siemens úplně poprvé, co poskytuje podporu zákazníkovi, který vyrábí s pomocí aditivních technologií komponenty pro letecký průmysl, situaci mu výrazně ulehčují zkušenosti z jiných oborů. Například každý kryt monitoru musí být před instalací do letadla schválen Evropskou agenturou pro bezpečnost letectví (EASA). Tato procedura však vůbec není snadná. Siemens ale již má naštěstí bohaté zkušenosti ze sektoru Mobility, kde pro jednotlivé železniční systémy platí stejná povinnost certifikace v nejvyšší bezpečnostní třídě.
Smlouva se společností Strata navazuje na dřívější kontrakty, které se realizovaly v energetice a v dopravě. Úplně první, kdo začal využívat aditivní technologie, byla divize Služeb a servisu pro výrobu energie. V loňském roce úspěšně zahájila výrobu hlavic hořáků pro plynové turbíny. Jako druhá se pak přidala divize Mobility a její služby pro zákazníky, která dnes využívá technologii 3D tisku k výrobě komponent pro železniční průmysl.
Vytištěné kryty monitorů a vnější kovové součástky letadel byly oficiálně prezentovány v březnu na Světovém výrobním a průmyslovém fóru pro Blízký východ.
Z podkladů společnosti Siemens zpracovala Andrea Cejnarová.