Priority sú roztriedené do určitých kategórií, z ktorých niektoré sa ešte ďalej delia na podkategórie.

Oblasť 1: Pokročilé výrobné postupy

Výskumné priority v tejto oblasti sa ťažiskovo zameriavajú na inovatívne procesy pre efektívnejšiu výrobu s vysokou kvalitou, pri ktorej sa používajú existujúce aj nové materiály alebo produkty. Dosah nových materiálov a čiastočne niektorých existujúcich bude dôležitý najmä vo veľkosériovej výrobe pri súčasnom dosiahnutí flexibility a schopnosti reagovať na meniace sa trhové prostredie a jeho požiadavky. Predpokladá sa, že výrobky budú v budúcnosti podstatne zložitejšie (3D, rozmerovo rôznorodé – nano, mikro, stredne alebo makro veľké, inteligentné…), takže výrobné procesy budú musieť túto zložitosť a rozšírenú funkcionalitu zvládať, a to pri existujúcich alebo len minimálne vyšších nákladoch. Výroba v mikro a nano rozmeroch navyše vyžaduje špecifický prístup a využitie inteligentných, adaptívnych a škálovateľných systémov.

Podoblasť 1: Spracovanie nových materiálov a štruktúr (do produktov)

Výroba dielov na zákazku

Prispôsobenie želaniam zákazníka je rozhodujúcim rozlišovacím znakom v rámci výroby s vysokou pridanou hodnotou, ktorá prináša konkurencieschopné produkty, nové služby a lokalizovanú funkcionalitu. Z tohto pohľadu bude potrebné vyvinúť nové stratégie, užšie prepojiť návrh a vývoj s výrobou a zakomponovať vhodné metódy riadenia s cieľom zabezpečiť malé aj veľké výrobné dávky, ktoré budú spĺňať očakávané požiadavky. Ako príklad možno spomenúť nové súčiastky na zákazku alebo náhradné diely na požiadanie. Bude potrebné vyvinúť nové procesy, ktoré budú prispôsobiteľné aj vo veľkom a na lokálnej úrovni a splnia špecifické požiadavky zákazníkov, najmä keď sa vyžaduje rýchla zmena medzi rôznymi požiadavkami.

Pokročilé výrobné procesy prinesú nové spôsoby, ako sa prispôsobiť požiadavkám zákazníkov, a tak ich uspokojiť. To bude vyžadovať výrobné procesy schopné pracovať s rôznymi materiálmi, resp. materiálmi triedenými podľa funkcie, prispôsobiteľné procesy s možnosťou rýchlej zmeny (laserové opracúvanie, aditívna výroba, modulárne nástroje, priamu výrobu bez použitia nástrojov, výrobné metódy a postupy bez potreby povrchových úprav a pod.). Aj vývoj v oblasti materiálov prinesie optimálne topologické funkcie, pridá funkcionalitu a rozsiahlejšie možnosti personalizácie, ktoré predtým v takom rozsahu neboli možné. Ako príklad možno uviesť náplne pre tlač a tlačiarenské postupy, nanopovlaky na požiadanie či použitie rôznych, aj vrstvených materiálov. Bolo by potrebné preskúmať prístupy, ktoré využívajú nové možnosti aplikácií v materskej výrobnej fabrike alebo sú nasadzované v lokálnych výrobných závodoch.

Pre každú zákazkovú výrobu je mimoriadne dôležité, aby dokázala rýchlo prejsť z návrhu do výroby v jednom procesnom kroku, ako aj vlastniť ekonomicky rentabilné výrobné systémy schopné vyrábať jednotlivé dávky alebo malé série. Výskum v tejto podoblasti sa musí v rámci reťazca procesov zamerať aj na bezproblémové prepojenie údajov (t. j. CAD, plánovanie výroby, simulácia a postupy).

Pokročilé technológie spájania a montáže pri pokročilých a viaczložkových materiáloch

Pokročilé a viaczložkové materiály prinášajú Európe príležitosť vytvárať nové produkty schopné prevádzkovania v oveľa extrémnejšom prostredí (vo veľkých hĺbkach v mori, vesmíre, v strojných zariadeniach, lekárstve…). Avšak dôležité je zachovať vlastnosti týchto materiálov aj v podobe finálnych produktov.
Spájanie a montáž sú dva kľúčové faktory na začlenenie nových a pokročilých materiálov do vyhotovenia produktov, ktoré vyžadujú použitie viacvrstvových a modulárnych štruktúr (vrátane akčných členov, snímačov), obzvlášť tam, kde je ich použitie vyhradené z dôvodu nákladov na použité materiály alebo na ich funkčnosť. Použitie zvárania, spájania a montáže ako prostriedku na modularizáciu a účinné využitie takýchto materiálov môže pomôcť urýchliť ich využitie v rámci produktov. Na druhej strane spájanie s využitím tepla, pridaním iných materiálov alebo vykonanie geometrických zmien môže viesť k strate vlastností týchto materiálov. Z tohto dôvodu treba veľmi dobre poznať a následne riadiť možné následky spájania rôznych materiálov a interakcie medzi nimi pri spracúvaní, aby sa podarilo maximalizovať úžitkovosť a výkon finálnych produktov (t. j. od výberu parametrov materiálov na simuláciu štruktúr a rýchlejší návrh, simulačné modely a princípy chýb, vývoj metód analýzy – tuhosť, pevnosť, korózia…). Znalosť týchto väzieb a vzťahov môže zlepšiť simuláciu štruktúr a zrýchliť návrh.

Maximalizácia využiteľnosti materiálu a lepšia účinnosť jeho využitia budú vyžadovať vylepšené, nové alebo hybridné technológie spájania. Naopak nové materiály bude potrebné spájať s inými materiálmi (napr. rôzne kovy, kompozity s kovmi, textílie s elektronikou a pod.), a to prostredníctvom rozumného využívania technológií spájania a montáže. Vysoká produktivita a technológie vlastnej montáže sú ďalšími výzvami pri znižovaní prevádzkových nákladov a zlepšovaní konkurencieschopnosti výroby. Aby bol podnik konkurencieschopný aj v budúcnosti, bolo by potrebné nasadiť tieto nové technológie spájania a montáže spolu s vysokým stupňom automatizácie a riadenia kvality v rámci samoorganizujúcich sa procesov. Treba stanoviť praktické prehodnotenie nových postupov na demonštračných obrobkoch alebo prototypoch. Neskôr by to mohlo byť podporené vhodnými simuláciami zariadení aj vyrobenými časťami.

Automatizovaná výroba termosetov a keramických termoplastických kompozitných štruktúr/produktov

Kompozity ešte zďaleka nevyčerpali celý svoj potenciál, a to ani v rámci leteckého a kozmického priemyslu. Čoraz častejšie sa objavujú požiadavky aj z iných oblastí priemyslu týkajúce sa znižovania hmotnosti, napr. pri elektrických automobiloch, a nových zariadení, ktoré by mohlo vyžadovať napr. zdravotníctvo, Potrebné budú nové výrobné metódy a koncepty, ktoré pomôžu znížiť náklady a využiť unikátne vlastnosti kompozitov, vrátane automatizovanej výroby kompozitových štruktúr/produktov, nové živice a kombinácie polymérových matríc, vysokoúčinná výroba keramických a keramicko-kovových kompozitov, výroba mimo autoklávu, hybridná výroba pre viaczložkové kompozity, zrýchlené uzdravenie, automatizované usporiadanie veľkých štruktúr, lisovanie a zváranie termoplastických matricových kompozitov, nové nástroje, napr. lasery na delenie a spájanie.

S cieľom dosiahnuť vysoký stupeň automatizácie a spoľahlivosti bude potrebné vyvinúť prispôsobiteľné automatizačné riešenia na adaptívne riadenie a k tomu adekvátne koncepty riadenia kvality. Znovupoužitie a recyklácia kompozitov nie je v súčasnosti ešte dostatočne vyriešená, takže procesy, ktoré umožnia opätovné použitie takýchto materiálov, budú vzhľadom na neustály rast rozsahu ich využitia základom, a to je v súlade s ostatnými prioritami udržateľnosti. Treba stanoviť praktické prehodnotenie nových procesov na demonštračných obrobkoch a pilotných výrobných prevádzkach.

Výrobný proces s využitím „nevyčerpateľných“ surovín, biomateriálov a výrobkov na báze buniek

Ekonomika v súlade s bioprincípmi má mimoriadny vplyv na všetky výrobné prevádzky v Európe. Využívanie zdrojov bude vyžadovať podstatne vyššiu flexibilitu a nové suroviny bude potrebné prispôsobiť, aby boli schopné reagovať na požadovanú rýchlosť zmien. Nová generácia materiálov bude využívať biologické zdroje prírody a do určitej miery tak zníži nedostatok existujúcich technických materiálov (menej závislosti od vyčerpateľných materiálov, ako je fosílny uhlík), pričom bude riešiť aj otázky životného prostredia prostredníctvom recyklácie, energetickej valorizácie alebo, ak je to možné, biologickej odbúrateľnosti. Vzhľadom na to, že tieto materiály predstavujú reálnu hodnotu pre priemysel, energetiku, stavebníctvo či zdravotníctvo, bude potrebné vyvinúť inteligentné výrobné procesy schopné pracovať so slabšie zadefinovanými a kontrolovanými typmi materiálov, ktoré sú však vybavené jedinečnými vlastnosťami, ako samomontáž pri výrobe nových kontrolovateľných, predikovateľných produktov využiteľných na nových (aj existujúcich) trhoch. Tieto procesy musia zohľadniť dobré výrobné postupy potrebné pre biotechnológie a batériami osadené produkty pri súčasnom zabezpečení flexibility v rámci dávkových alebo spojitých výrobných procesov. Na zlepšenie možností Európy v tejto oblasti budú potrebné inovatívne výrobné prístupy zohľadňujúce vlastnú evolúciu prírody a umožňujúce lepšiu konštrukciu výrobku (biomimetiku) alebo lepšiu pohotovosť prostredníctvom „samoliečby“.

Systémy recyklácie fungujúce v dnešnej dobe sa zmenia a stanú sa hodnotovým reťazcom pre iné sektory. To spôsobí výrazný tlak na prispôsobenie výrobných procesov a obzvlášť v rámci biologických výrobných procesov sa udejú významné zmeny v ich podnikateľských modeloch. Budúce automatizačné riešenia budú musieť zvládať podstatne väčšiu rôznorodosť a opravy sa budú musieť vykonávať inline. Budúca automatizácia teda nebude obsahovať len malé, flexibilné robotické riešenia, ale tiež inteligentné prepojené systémy postavené na inteligentných snímačoch so širokou škálou technológií, ako je napr. ultrazvuk, 3D systémy na spracovanie obrazu, CT skenovanie a riešenia s hmatovou spätnou väzbou.

V nasledujúcej časti budeme pokračovať opisom poslednej výskumnej priority v podoblasti 1.1 a pozrieme sa aj do podoblasti 1.2 Zložité štruktúry, tvary a rozmery.

Literatúra

[1] Factories of the Future. Multi-annual roadmap for the contractual PPP under Horizon 2020. European Commission 2013.

Pokračovanie v budúcom čísle.

-tog-