Výzkumný tým z Národní laboratoře Oak Ridge (ORNL), která spadá pod Ministerstvo energetiky USA, strávil osm týdnů výrobou masivní ocelové formy. Výsledný nástroj dosahuje výšky 1,83 metru a šířky 1,22 metru a jeho hmotnost činí téměř dvě tuny. Celé zařízení vzniklo ve spolupráci se společností Boeing a bude sloužit k výrobě dílů z termoplastických kompozitů.
Projekt je součástí programu HiCAM (Hi-Rate Composite Aircraft Manufacturing) pod záštitou agentury NASA. Cílem je ověřit, zda aditivní výroba takto rozměrných kovových nástrojů dokáže zvýšit flexibilitu, snížit náklady a zrychlit průmyslové procesy.
Mohlo by vás zajímat
Dva druhy oceli, jedno tělo
Nástroj je známý pod označením Stamp Form Die (SFD), což je typ lisovací formy určený ke tvarování nebo řezání materiálů. V leteckém průmyslu se tyto kovové formy používají například při lisování zahřátého plastu mezi dvěma díly SFD, čímž vznikají např. termoplastické dveře letadel.
Tradičně se takové formy vyrábějí nákladným a zdlouhavým obráběním, odléváním, kováním či vrtáním z jednoho kusu kovu. Výzkumníci z ORNL a Boeingu se proto rozhodli otestovat, zda 3D tisk dokáže nabídnout rychlejší alternativu.
Engineers from Oak Ridge National Laboratory and Boeing 3D-printed this metal mold using advanced wire-arc additive manufacturing.https://t.co/sA1zSzmNqw
— Interesting Engineering (@IntEngineering) September 22, 2026
K výrobě využívají proces zvaný wire-arc additive manufacturing (WAAM), který funguje na bázi nanášení roztaveného drátu vrstvu po vrstvě. Namísto odřezávání materiálu z velkého bloku kovu využívá systém Arc-1 v laboratořích ORNL robotické rameno s navařovacím hořákem.
Předností tohoto systému je schopnost pracovat s více druhy kovových drátů současně. Inženýři tak mohou kombinovat různé materiály v konkrétních částech konstrukce přesně podle toho, jaké fyzikální vlastnosti dané místo vyžaduje.
Nový přístup k vnitřnímu chlazení
V případě formy pro Boeing byla v konstrukčních částech, kde je vyžadována vysoká pevnost a tuhost, použita běžná konstrukční ocel. Naopak na pracovní povrch formy byla nanesena nerezová ocel. Ta zajišťuje odolnost vůči korozi, rozměrovou stálost a dlouhou životnost kontaktní plochy.
Zásadní inovací je také řešení topných a chladicích kanálů. Zatímco klasické formy spoléhají na dlouhé rovné otvory vyvrtané napříč materiálem, 3D tisk umožnil vytvořit zakřivené vnitřní kanály kopírující přesný tvar formy, což vede k výrazně efektivnějšímu přenosu tepla při lisování kompozitů.
Mohlo by vás zajímat
Při aditivní výrobě takto masivního kovového objektu představovalo největší překážku kroucení materiálu. Jak jednotlivé nanesené vrstvy chladly, vnitřní pnutí způsobovalo deformace a odchylky od požadovaných rozměrů. Tým tento problém vyřešil přidáním dočasných podpůrných žeber na zadní stranu formy a využitím počítačových simulací.
Odborníci provedli celkem 32 simulačních iterací, než dosáhli přesnosti v řádu několika milimetrů. Po dokončení tisku byla forma převezena do společnosti Baker Industries v Michiganu, kde prošla žíháním pro odstranění vnitřního pnutí, odstraněním podpůrných žeber a finálním opracováním.
Přesah mimo hranice leteckého sektoru
Tento tištěný nástroj představuje praktický test v rámci programu NASA HiCAM, jehož cílem je zrychlit výrobu kompozitních struktur letadel při zachování nízké hmotnosti. NASA plánuje v letech 2028 a 2029 velké ukázky výroby celých částí trupu a křídel. Úspěšný tisk formy v ORNL ukazuje, že technologii WAAM lze aplikovat na rozměrná průmyslová zařízení. Metodu bude možné využít nejen v letectví, ale také v energetice nebo automobilovém průmyslu, kde je rovněž vyžadována výroba složitých a rozměrných kovových nástrojů.
Zdroj: Times of India, 3Dprinting, ORNL
9 foto
