Rozhovor: Aerospace & Defence
Jedním z mála sektorů, které zaznamenaly růst prodeje v roce 2024, byl obranný sektor. Navzdory pokračujícímu geopolitickému napětí zůstávají rozpočty na obranu dostupné a adopce aditivní výroby roste. Očekává se, že výdaje na obranné technologie se do roku 2029 zdvojnásobí. Mezi hlavní oblasti využívající aditivní výrobu nadále patří kosmický průmysl, zdravotnictví, a právě obranný sektor, který má i v roce 2026 zůstat mezi předními odběrateli kovových komponent.
Obranný sektor byl v roce 2024 jedním z největších investorů do aditivních technologií, přičemž výdaje v oblasti zařízení rostly tempem přes 20 % ročně během posledních čtyř let a mají nadále pokračovat v růstu až do roku 2030, kdy se očekává další výrazné rozšíření investic do kovových i polymerních technologií v souvislosti s rozvojem dronů, raketových systémů a vojenské logistiky.
Významnou roli zde hraje výzkum a vývoj nových funkcionalit a také tlak na zajištění kritických komponentů pro starší systémy, jejichž dostupnost je klíčová pro udržení těchto systémů v provozu.
Kosmický průmysl, který byl v předchozích letech jedním z hlavních tahounů růstu aditivní výroby, zaznamenal po období intenzivního rozšiřování kapacit zpomalení a pokles prodejů zařízení, přičemž se na trhu postupně stabilizuje.
Letecký a obranný průmysl představují oblasti, kde aditivní výroba nachází jedno z nejpokročilejších uplatnění. Každá úspora hmotnosti, každá konstrukční optimalizace a každé zvýšení spolehlivosti zde mají přímý dopad na výkon, bezpečnost i náklady.
O přínosech a budoucím vývoji aditivních technologií v aerospace a defence hovoří R&D manažer Brain4Industry Marek Havel v rozhovoru s Adelaine Rozinkovou, PR a marketingovou specialistkou Brain4Industry.
Výhody aditivní výroby pro aerospace a defence konstrukce
Jaké hlavní výhody přináší aditivní výroba pro aerospace a defence?
V aerospace a defence lze využít prakticky všechny výhody aditivních technologií najednou. Především je možné sloučit více součástek do jedné. To je žádoucí z jednoduchého důvodu: čím méně dílů, tím menší pravděpodobnost selhání, jednodušší montáž i logistika a nižší náklady.
Další výhodou je nižší hmotnost a menší množství použitého materiálu. V letectví je to velmi patrné, protože mnoho dílů se tradičně obrábí z plného bloku materiálu. Například z hliníkového bloku se obrobí součástka, přičemž pouze asi deset procent materiálu skončí v letadle a zbytek tvoří odpad. Ten se sice recykluje, ale většinou na nižší materiálovou úroveň. Aditivní výroba umožňuje použít materiál pouze tam, kde je skutečně potřeba.
Významnou roli hrají i menší výrobní série. Letecká technika se nevyrábí v takových objemech jako automobily nebo spotřební elektronika, takže aditivní výroba zde dává ekonomický smysl.
Dalším faktorem je individualizace. Letadla nebo jejich části se často přizpůsobují konkrétním zákazníkům či misím, což aditivní výroba výrazně usnadňuje.
Snižování hmotnosti leteckých konstrukcí pomocí aditivní výroby
Lze díky aditivní výrobě výrazně snížit hmotnost leteckých konstrukcí?
Ano, a to je jeden z nejdůležitějších přínosů. Pomocí topologické optimalizace lze hmotnost konstrukčních dílů výrazně snížit při zachování pevnosti.
To má zásadní dopad na provoz letadla. Pokud například snížíte hmotnost konstrukce o deset procent, můžete ušetřenou váhu využít pro palivo, větší dolet, vyšší rychlost, větší náklad nebo další vybavení.
Snížení hmotnosti navíc spouští řetězový efekt. Když snížíte hmotnost konstrukce, můžete použít lehčí podvozek, menší motor a menší palivové nádrže. Celý systém se tak postupně odlehčuje. Jediné, co zmenšit nemůžete, je pilot.
Jakou roli hrají materiály v této oblasti?
Velkou výhodou aditivní výroby je možnost efektivně pracovat s obtížně obrobitelnými materiály, jako je titan nebo Inconel. Právě tyto materiály se v letectví běžně používají, ale jejich obrábění je náročné a nákladné. Aditivní výroba jejich využití výrazně usnadňuje a rozšiřuje konstrukční možnosti.
Role aditivní výroby v kosmických misích
Proč je aditivní výroba klíčová i pro kosmické mise?
V kosmonautice platí v zásadě stejné výhody jako v letectví, tedy úspora hmotnosti, integrace dílů, optimalizace konstrukcí a efektivní využití materiálu. Navíc se přidává zásadní logistický faktor.
Na oběžné dráze, například na vesmírné stanici, představuje možnost vytisknout náhradní díl obrovskou výhodu. Není nutné čekat na zásobovací misi.
Ještě významnější je to při dlouhodobých misích, například na Měsíci nebo na Marsu. Cesta na Mars může trvat zhruba půl až tři čtvrtě roku v závislosti na poloze planet. Pokud by došlo k poruše, náhradní díl není možné jednoduše dodat. Možnost vyrábět součástky přímo na místě je proto klíčová.
Výroba složitých vnitřních struktur a komponent
Jakým způsobem se pomocí aditivní výroby vytvářejí složité vnitřní struktury, například u motorů či jiných leteckých a obranných komponent?
Záleží na typu motoru i konkrétní součástce. Na začátku je vždy definice požadavků – rozhraní, napojení na další díly nebo mechanické zatížení.
Součástka se nejprve vymodeluje a následně může proběhnout topologická optimalizace tvaru i vnitřních struktur. V Brain4Industry máme odborníky, kteří dokážou tyto algoritmy navrhovat na míru konkrétní aplikaci.
Vnitřní struktury se navrhují podle požadovaných vlastností, například pevnosti, hmotnosti nebo tepelného chování. U práškových technologií je zároveň nutné konstrukci navrhnout tak, aby bylo možné odstranit neslinutý prášek z dutin.
Vliv aditivní výroby na vývoj obranných technologií
Zrychluje aditivní výroba vývoj obranných technologií?
Pokud jde o aplikace, které jsou dobře definované a lze je přesně simulovat, aditivní výroba vývoj sice zrychlí, ale rozdíl nemusí být zásadní.
Obrovský přínos má naopak tam, kde nelze vše přesně simulovat nebo kde se mechanické principy teprve hledají. Typickým příkladem jsou roboti nebo drony.
Představte si vývoj robota do skladu, kde podobné zařízení dosud neexistovalo. Nevíte přesně, jak se bude mechanicky chovat. Díky aditivní výrobě můžete rychle vytvořit prototypy a ověřit řešení v praxi. Pokud máte aditivní technologii interně, můžete díly vyrobit přes noc a ráno testovat.
Výroba stejných dílů klasickými metodami by trvala dny, nebo týdny.
Podobná situace je u dronů, které dnes procházejí extrémně rychlým vývojem. Někdy ani samotná konfigurace stroje není předem jasná. Nedávno jsem viděl vývoj interceptorového dronu. Nevypadal ani jako kvadrokoptéra, ani jako klasické letadlo. Takové konstrukce vznikají iterativně a aditivní výroba zde hraje klíčovou roli.
Může aditivní výroba zkrátit vývoj zbraní z let na měsíce?
Záleží na tom, o jaký typ zbraňového systému jde a kde může aditivní výroba skutečně pomoci. U některých aplikací je přínos zásadní, u jiných spíše okrajový.
Například u dronů samotný pohon nebo elektronika často vycházejí z existujících řešení. Tam, kde aditivní výroba výrazně pomáhá, je konstrukce a layout dronu. Umožňuje rychlé iterace, optimalizaci tvaru a integraci konstrukčních prvků. Právě v takových případech může mít největší dopad.
Na opačném konci spektra může být například laserová zbraň určená k ničení dronů. Klíčový je vývoj samotného laserového systému. Aditivní výroba může pomoci s konstrukcí držáků, chlazením nebo robotickým ramenem, nejde však o kritickou technologii.
Vývoj zbraně, například pušky, je někde mezi. Aditivní výrobu lze velmi dobře využít při vývoji těla zbraně, kde funguje velmi efektivně. Může jít o kompozity, kov nebo další materiály. Kovové díly se často následně obrábějí, ale aditivní výroba může jejich vývoj výrazně urychlit.
Aditivní výroba jako strategická výhoda pro aerospace a defence
V aerospace a defence přináší aditivní výroba okamžité výhody: nižší hmotnost, méně dílů, efektivnější využití materiálu a rychlejší vývoj nových řešení. Technologie zároveň usnadňuje údržbu a výrobu náhradních dílů i v náročných provozních podmínkách.
Brain4Industry pomáhá firmám vyvíjet nové produkty od optimalizace konstrukce až po jejich uvedení na trh.
Chcete posunout svůj produktový vývoj? Jsme připraveni vám pomoci.
