Dostupnosť novej funkcionality prostredníctvom procesov úpravy povrchu (v hromadnej výrobe)

Možnosť navrhovať novú funkcionalitu prostredníctvom úpravy povrchu, funkčného textúrovania a povlakov, vylepšeného výkonu, zabudovaných snímačov, adaptívneho riadenia, samoliečenia, antibakteriálnej úpravy, samočistenia, extrémne nízkeho trenia či samomontáže s využitím fyzikálnych (aditívna výroba, laserové alebo iné lúčové technológie, 3D tlač, mikroobrábanie či technológie využívajúce fotóny PVD) alebo chemických prístupov (CVD, sol-gel) prinesú vysokú funkcionalitu a následne produkty s vysokou hodnotu. Mimoriadnu pozornosť by si zaslúžila flexibilita nových procesov úpravy povrchov aj vývoj ľahko prenositeľných a cenovo prístupných technológií. Na zabudovanie skutočnej inteligencie do rôznych štruktúr budú potrebné nové technológie a prístupy, ako aj rozširovanie všetkých procesov. Špecifické požiadavky sú spojené so zdravotníctvom vrátane implantátov, kde sa vyžadujú nové funkcionality, pričom musia byť vyrobené v čistých podmienkach, aby spĺňali prísne nariadenia regulačných orgánov.

Súčasne je potreba riešenia povlakových metód, ktoré sa v súčasnosti veľmi využívajú (mokrá chémia, elektrochémia), avšak bojujú s výzvami týkajúcimi sa ochrany životného prostredia a pod. Treba preskúmať radikálne odlišné prístupy k existujúcim riešeniam alebo novým alternatívam.

Podoblasť 1.2. Zložité štruktúry, tvary a rozmery

Materiálovo efektívne výrobné procesy

Hlavnou výzvou pre výrobný priemysel je to, ako vyrábať viac s využitím menších zdrojov. V tomto ohľade sú rozhodujúce dva kľúčové faktory – ako ušetriť materiál prostredníctvom nových výrobných postupov a ako minimalizovať spotrebu energie počas výroby. Prvý faktor bude vyžadovať nové prístupy k návrhu spolu s novými výrobnými procesmi šetriacimi materiál s jeho vylepšenou účinnosťou a umožňujúcimi (flexibilné) využitie náhradných materiálov. K takýmto prístupom budú patriť koncepty v tvare siete (near-net-shaped) vrátane aditívnej výroby s využitím laserových technológií, napodobňovanie zostavovania prírodných štruktúr, znovuvýroba a znovupoužitie, nové využitie odpadov, hybridné procesy, vylepšené riadenie procesov, in-line kontrolné systémy vďaka sledovaniu a riadeniu prevádzkových parametrov, predspracované prognózovanie a proaktívne riadenie prepojené s kognitívnymi systémami. Druhý faktor by mohol využívať zatiaľ nepreskúmané, nové, ale obnoviteľné (t. j. nízko nákladové a nízko uhlíkové) dodávky energií, lepšie využitie odpadov prostredníctvom obnovy a vylepšenia účinnosti výrobných zariadení (napr. rýchlosť výroby).

Nárast účinnosti v oblasti materiálov možno očakávať na úrovni výrobného systému, a to prostredníctvom:

  • modifikácie procesov,
  • obnovy a znovupoužitia odpadu priamo v prevádzke,
  • premenu odpadu na užitočné vedľajšie produkty.

Takýto prístup bude vyžadovať lepšie pochopenie opatrení zameraných na zefektívnenie využitia rôznych materiálov a ich väzieb medzi rôznymi výrobnými procesmi a/alebo priemyselnými odvetviami.

Veľkosériová výroba na úrovni mikro- a nanorozmerov

Schopnosť vyrábať vysoko integrované funkčné 3D mikroprodukty v stredných až veľkých sériách (v závislosti od trhu, nie technológií) v bezpečnom prostredí bude vyžadovať tradičné (tvárnenie, obrábanie, tepelné spracovanie, replikovanie) aj nové výrobné postupy a súvisiace zariadenia – v mikro- a nanorozmeroch, kde bude potrebné vyriešiť ich návrh, osadenie nástrojmi, montáž, prepojenie a otázky spoľahlivosti (napr. kompletne prepojené výrobné linky, ktoré zlúčia výrobu produktov v nano-/micro-/meso-/makrorozmeroch). Vyvinúť bude treba aj metódy na automatickú manipuláciu s dielcami a in-line metrológiu a kontrolu, aby za zaručila schopnosť výroby v uvedených rozmeroch s vysokou spoľahlivosťou. Kombinácia rôznych technológií, ktorá bude potrebná na získanie finálneho výrobku, prináša problémy na úrovni systémov, ako je napr. preprava mikročastí, súdržnosť referenčného systému v rôznych fázach výroby a prepojenie rôznych strojov do jedného systému.

V nasledujúcej časti budeme pokračovať opisom ďalších podoblastí, ako je napr. odolná výroba na úrovni mikro- a nanorozmerov, prepojené výrobné procesy či výroba vysokovýkonných flexibilných štruktúr.

Literatúra

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

Pokračovanie v budúcom čísle.

-tog-