Absolventi 3D tisku už se uplatňují ve výzkumu, strojírenství a v lékařství. Obor se vyučuje i na českých univerzitách

Výroba prototypů pro automobilový a letecký průmysl, ale i vybrané lékařské obory. Tam všude naleznou uplatnění absolventi škol s technickým zaměřením, kteří během studia rozvíjeli své znalosti a dovednosti v oboru 3D tisku. Na poptávku z pracovního trhu reagují už i vysoké školy v Česku zařazováním odborných předmětů, ale chystá se i spuštění samostatného oboru.

Aditivní technologii na VŠB-Technické univerzitě Ostrava letos úspěšně ukončilo 25 studentů. Předmět, který se zabývá tvorbou trojrozměrných objektů z digitálních dat a ve kterém převažuje 3D tisk pro průmyslové účely, prošel novou akreditaci a čeká jej další rozvoj. VŠB-TU Ostrava, konkrétně její Fakulta strojní a Fakulta materiálově-technologická, ve spolupráci s Univerzitou Palackého v Olomouci od nového školního roku navíc zavádějí nový předmět Aditivní technologie v průmyslovém designu pro meziuniverzitní obor Průmyslový design.

A nabídka studijních předmětů se bude dále rozšiřovat. „S ohledem na zvyšující se zájem o tuto multioborovou problematiku lze v budoucnu očekávat, že vznikne nový univerzitní obor pro magisterský stupeň studia, jelikož se zde prolíná hned několik souvisejících předmětů. Studenti tak získají více vědomostí a zkušeností od kvalifikovaných pedagogů a výzkumných pracovníků,“ říká Marek Pagáč, který tým strojních inženýrů z VŠB-TU Ostrava řídí pod hlavičkou centra 3D tisku Protolab.

Technická univerzita Ostrava ve spolupráci s výrobci průmyslových 3D tiskáren dává studentům optimální podmínky, jak se prakticky připravit pro studium aditivních technologií. Žáci na základě praktického studia pochopí, jak lze 3D tiskem vytvořit různé druhy výrobních prototypů. Společnost Renishaw univerzitě zapůjčila jednu z vlastních 3D tiskáren. S modelem Renishaw AM 400 se týmu konstruktérů podařilo z laserem roztaveného kovového prášku vytisknout vůbec první koloběžku a VŠB-Technická univerzita Ostrava tak získala pozoruhodné světové prvenství.

Kromě vysokých škol v Ostravě a Olomouci do svých osnov zařazují aditivní technologie i další české školy. Fakulta strojní ČVUT v Praze otevřela volitelný předmět Aditivní a alternativní technologie, který uvádí posluchače do rychlého prototypování výrobků i standardních průmyslových výrobních procesů.

Fakulta výtvarných umění VUT v Brně zase slibuje samostatnou práci s 3D tiskárnou a pochopení procesu tisku v předmětu Digitálního sochařství - 3D tisku.

Na absolventy aditivních technologií a 3D tisku čekají zejména ve strojírenských firmách a výzkumných centrech

Aditivní technologie nacházejí stále větší uplatnění, a to především díky poptávce ve výzkumu a vývoji. „Na úzce vymezeném pracovním trhu, na veřejných výzkumných institucích a veřejných vysokých školách poptávka po expertech se znalostmi 3D tisku nepochybně je,“ říká Martin Víta, zakladatel portálu ResearchJobs.cz, jehož web se zabývá pracovními pozicemi v oblasti výzkumu, inovací a na akademické půdě. „3D tisk figuruje na nejrůznějších typech pozic - od technických pracovníků až po špičkové výzkumníky. Rozvíjí se zejména na průmyslově zaměřených oborech, respektive pracovištích, druhým nejvýznamnějším oborem jsou medicínské vědy,“ vysvětluje Víta aktuální stav na trhu práce.

Poptávka po absolventech technických škol se znalostmi 3D tisku ovšem i nadále výrazně poroste a podle Marka Pagáče mohou počítat s uplatněním v celé řadě oborů. „Zejména se bude jednat o obecnou prototypovou výrobu, výrobu modelů pro automobilový a letecký průmysl a samozřejmě všeobecný průmysl a strojírenství. Zajímavou oblastí je samozřejmě lékařství, kde se v dnešní době vyrábí 3D tiskem ortotické a protetické pomůcky, implantáty a dentální průmysl,“ upřesňuje Marek Pagáč.

Rostoucí zájem o specialisty kvalifikované v oblasti aditivní výroby potvrzuje i výrobce 3D tiskáren pro tisk z kovového prášku, společnost Renishaw, která na základě zkušenosti z nejvyspělejších trhů dává absolventům oboru aditivní výroby velkou perspektivu i na českém pracovním trhu. „Aditivní výroba je celosvětově na vzestupu a firmy s kvalifikovanými odborníky budou mít konkurenční náskok a předpoklady stát se skutečnými lídry v technologii průmyslového 3D tisku,“ říká Josef Sláma, generální ředitel Renishaw Czech.

Budoucí lídry průmyslového 3D tisku vzdělávají i nejprestižnější světové univerzity

Vysoké školy v České republice v trendu vzdělávání v 3D tisku následují četné zahraniční univerzity, na nichž již lze studovat samostatné programy. „Ve Velké Británii lze získat magisterské tituly v oboru aditivní výroba na univerzitách v Nottinghamu či Sheffieldu. Obor, v jehož rámci se studují například letecké či kompozitní materiály, nabízí svým absolventům skutečně pokročilou kvalifikaci v současném strojírenství,“ uvádí Josef Sláma, generální ředitel společnosti Renishaw, jež má ve Velké Británii své sídlo a 3D tiskárny pro průmyslové využití tam vyrábí.

Studium oboru průmyslového 3D tisku nabízejí i nejprestižnější americké univerzity, včetně Massachusettského technologického institutu (MIT), který se orientuje na využití aditivní výroby v inovativním designu. Podobné obory lze také studovat na Univerzitě Carnegieho–Mellonových v Pittsburghu, Penn State University či Ohio State University.

Interview s Markem Pagáčem, vedoucím Centra 3D tisku Protolab při VŠB-Technické univerzitě Ostrava

Proč je důležité začlenit 3D tisk do výuky na školách? Proč je důležité, aby studenti měli znalost aditivní technologie? 

Není tomu dávno, co studenti v roli začínajících konstruktérů navrhli něco, co neodpovídalo realitě a neuvědomili si to dříve, než si produkt osahali. 3D tisk rozvíjí konstrukční i technologické myšlení studentů, kteří po dokončení cvičných úloh vidí prostorový model – tedy to, co bylo jejich záměrem návrhu.

Výroba modelů může probíhat hravou formou, jak už se to na některých základních a středních školách realizuje. Učitelé a žáci pomocí 3D tiskáren vyrábí učební pomůcky do matematiky, fyziky, chemie, biologie a celé řady školních předmětů. Na středních školách se již setkáváme s případy, kdy studenti využívají 3D tiskárny pro praktickou část obhajoby maturitní práce.

3D tisk představuje do jisté míry svobodu designu, což je velmi výhodné s ohledem na pokročilé techniky modelování s důrazem na topologickou optimalizaci, navrhování bionických konstrukcí a tzv. subdivision surfaces. V tomto případě vznikají digitální modely tažením za patřičné uzly umístěných na obalu základním modelu ve tvaru krychle či kvádru. Výsledné návrhy mají velmi zajímavé moderní tvary, které v klasickém parametrickém modeláři dosáhnete za velmi dlouhou dobu nebo vůbec.

S ohledem na technologické možnosti aditivních technologií lze vyrobit téměř cokoliv. Proto studenti technických oborů musí mít alespoň základní vědomosti a zkušenosti o výhodách a nevýhodách aditivních technologií. Budoucí maturanti nebo inženýři musí mít základní přehled o tom, zda je pro konkrétní aplikaci aditivní technologie vhodná a nahradí tu konvenční.

Důležité je mít na paměti, že aditivní technologie je multioborová a z technologického hlediska existuje 7 procesů, které se liší skupenstvím výchozího materiálu, výrobním procesem a postprocesními úpravami. Uživatelé v ní proto uplatní teoretické znalosti z matematiky, fyziky, chemie a celé řady oborových předmětů, jako jsou nauka o materiálu, aplikovaná mechanika, konstruování, technologie výrobních procesů, strojírenská technologie, obrábění apod.

Každý konstruktér a technolog uvažující o výrobě 3D tiskem musí mít základní znalosti o mechanických, fyzikálních a chemických vlastnostech dostupných materiálů určených pro aditivní výrobu včetně toho, jak z technologického hlediska postupovat při postprocessingu obráběním, svařováním, lepením, tmelením, barvením, lakováním a celou řadou různých povrchových úprav.

Jak vypadá výuka předmětu aditivní technologie?

Předmět Aditivní technologie se skládá ze dvou hodin přednášek a dvou hodin cvičení v jednom týdnu. V rámci akademického roku, který má 14 týdnů, to činí 28 hodin přednášek a 28 hodin cvičení. Na přednáškách se studenti dozví informace o klasifikaci aditivních technologií a souvisejících normách. Přednášky jsou doplněny o videa a případové studie, které jsou vhodné pro lepší pochopení technologických procesů. Součástí výkladu se studenti naučí terminologii aditivní výroby, volbu materiálů s ohledem na mechanické vlastnosti a dále se studenti dozví informace o postprocessingu, který zahrnuje obrábění, lepení, tmelení, svařování, tepelné zpracování a povrchové úpravy.

Cvičení probíhá na nejvyšší úrovni vzhledem k dostupné profesionální infrastruktuře. V prvních dvou cvičeních se studenti seznámí se stolními FDM 3D tiskárnami Ultimaker S5, Trilab DeltiqXL, Original Prusa i3 MK3S, Felix, SLA 3D tiskárnou Formlabs Form 3 a FDM + CFF 3D tiskárnou pro tisk kontinuálních kompozitních vláken Markfoged Mark X7. Během prvních cvičení se studenti seznámí se 3D skenováním a ručním skenerem HandyScan 700 a úpravou naskenovaných dat v řešení VX Elements.

V dalších cvičeních se soustředíme na technologii Powder Bed Fusion, kde máme pro účely vědy, výzkumu a výuky šest profesionálních 3D tiskáren od společností Renishaw, EOS a Trumpf. Konkrétně se jedná o zařízení s technologiemi Selective Laser Melting a Selective Laser Sintering. Tyto technologie vyrábí prototypy spékáním práškové vrstvy laserem. Tiskneme prototypy z kovových slitin, čistých polymerů a polymerů a kompozitních materiálů.

Vzhledem k intenzivní spolupráci s firmami Renishaw, EOS, Trumpf, 3Dwiser, Trilab, Advanced Enginnering, SolidVision a Technodat, které zařízení a SW dodávaly, jsou stroje pravidelně udržovány a kalibrovány a SW každým rokem aktualizujeme. Studenti se ve cvičeních dozví informace spojené s obsluhou 3D tiskáren, bezpečnostními pokyny, postupem přípravy tiskových úloh, jak zařízení spustit a vyjímat a čistit prototypy. Na počítačích se studenti učí nové technologicko-konstrukční zásady s ohledem na výrobu 3D tiskem a na technologické limity strojů a aditivních technologií. Vyzkouší si prakticky topologickou optimalizaci a návrh bionických konstrukcí. V rámci cvičení studenti zpracovávají semestrální úlohy, kde je výsledkem prototyp. Tyto projekty zpracovávají v nejlepších softwarech, které na trhu můžete pro aditivní výrobu najít. Konkrétně se jedná o SolidWorks, Inventor, SolidThinking Inspire, Simufact Additive, Ansys a VX Elements. Nově jsme pořídili platformu 3D Experience, která obsahuje řešení Catia, což je jeden z klíčových SW používaný zejména v automobilovém průmyslu. Přípravu tiskových úloh se studenti učí v Materialise Magics, Autodesk Netfabb a QuantAM.

V současné chvíli jsou všechna zařízení i softwary situovány pod univerzitním pracovištěm – Centrem 3D tisku Protolab. Centrum spadá pod Fakultu strojní, Katedru obrábění, montáže a strojírenské technologie. Na závěr bych zmínil, že pro účely kvalitní výuky připravujeme moderní Laboratoř aditivní výroby v nové budově CPIT TL1, která má být hotová v září. Studenti v akademickém roce 2019/2020 se budou vzdělávat v nových profesionálních prostorech přizpůsobených zejména pro kvalitní výuku aditivních technologií.

Radovan Suk (2.9.2019)