3D tiskárna vyrobila 6m katamarán z jednoho kusu za 160 hodin. Z recyklovaného plastu a splňuje námořní normy

Italská firma Caracol ve spolupráci s V2 Group vytiskla zhruba šestimetrový katamarán jako jeden celistvý monolit, bez forem, bez lepení segmentů.

Zdroj fotografie: Caracol

Výsledek nese označení V2-0 Cat a jde o funkční prototyp rekreačního plavidla určeného pro otevřenou vodu. Robotické rameno na kolejnici pracovalo nepřetržitě 160 hodin, necelých sedm dní, a za tu dobu vytvořilo trup i vnitřní struktury, které podle Caracolu představují 99 % celé lodi. Zbývající procento doplnila klasická práce: CNC obrábění kritických ploch, ochranný gel coat, lak a finální osazení pohonným systémem, bateriemi a elektroinstalací od V2 Group. Materiálem je rPP + 30 % GF, tedy recyklovaný polypropylen vyztužený třicetiprocentním podílem skleněných vláken, polymer s nízkou hmotností, minimální nasákavostí a dobrou odolností v mořském prostředí. A námořní normy? Výrobce deklaruje, že celý proces byl navržen tak, aby splnil požadavky námořního průmyslu. Konkrétní číslo CE certifikátu ani jméno notifikované osoby ale veřejné zdroje neuvádějí, jde tedy o tvrzení výrobce o funkčním prototypu cíleném na standardy, nikoli o doložený certifikát hotového sériového produktu.

Jak se tiskne loď bez jediného spoje

Klíčem je platforma Heron AM 400 s vysokoprůtokovým peletovým extruderem. Pro projekt V2-0 Cat ji Caracol osadil sedmiosým robotickým systémem na kolejnici, který dokáže tisknout díly až do délky deseti metrů. Šestimetrový katamarán se tak vešel do jednoho nepřerušeného tiskového cyklu.

Před samotným tiskem proběhla náročná příprava. Inženýři provedli strukturální analýzu zatěžovacích scénářů, FEM simulace a hydrostatické výpočty. Kritické sekce trupu vytiskli předem jako testovací vzorky, na nichž ladili parametry: rychlost nanášení, teplotu a dráhy trysky. Vlastní slicovací software musel dostat nové funkce, protože geometrie dvoutrupového plavidla s vnitřními výztuhami je výrazně složitější než cokoli, co firma tiskla dříve. Simone Barbera a Mattia De Santis z Caracolu v rozhovoru pro JEC přiznávají, že design a slicing vyžadovaly dodatečný čas. Zároveň ale dodávají, že velká část této práce je jednorázová; při výrobě dalšího kusu stejného modelu se dá replikovat.

160 hodin: rychle, nebo pomalu?

Šest dní a šestnáct hodin nepřetržitého tisku. Na první pohled to zní jako věčnost, jenže srovnání s klasickou výrobou mluví jinak. Podle white paperu Caracolu přinesl aditivní postup u tohoto projektu zkrácení celkového výrobního času o 20 %, snížení nákladů o 15 % a redukci odpadu o 30 % oproti tradičnímu procesu.

Pokud 160 hodin představuje hlavní srovnávaný výrobní úsek, tradiční ekvivalent (ruční laminace do formy, vytvrzování, vyjímání a spojování segmentů) by orientačně vycházel kolem 200 hodin. A to nepočítáme čas a peníze na výrobu samotné formy, která u klasického sklolaminátového trupu představuje zásadní vstupní investici. Právě odstranění formy je podle nás nejsilnější argument celého projektu. U malosériové nebo zakázkové výroby, kde se forma amortizuje přes jednotky kusů, může být úspora dramatická.

Metodiku benchmarku Caracol veřejně nerozepisuje, takže absolutní čísla bereme s rezervou. Relativní trend ale dává smysl.

Recyklovaný plast na moři: odvaha, nebo logika?

Volba materiálu vypadá na první pohled riskantně. Recyklovaný polypropylen na lodi? Jenže rPP vyztužený 30 % skleněných vláken je materiál s vlastnostmi, které pro námořní použití dávají překvapivě dobrý smysl.

Polypropylen obecně patří mezi polymery s nejnižší nasákavostí; orientační datasheety pro podobné 30% GFPP směsi uvádějí 24hodinovou absorpci vody pouhých 0,03 %. Pro srovnání: klasické sklolaminátové trupy z polyesterové pryskyřice čelí dlouhodobě známému riziku osmózy, kdy voda postupně proniká přes gelcoat a vytváří puchýře v laminátu. PP tomuto problému ze své podstaty odolává lépe.

Caracol uvádí několik důvodů volby:

• Nízká hmotnost při zachování tuhosti
• Odolnost vůči korozi v mořském prostředí
• Příznivý poměr mechanických vlastností k ceně
• Průmyslová dostupnost v peletové formě pro LFAM tisk
• Recyklovatelnost na konci životnosti plavidla

Dlouhodobá provozní data pro tento konkrétní trup ale zatím neexistují. Rozhodující bude, jak se tištěná struktura chová pod vlivem UV záření, teplotních cyklů a mechanické únavy v reálném provozu. Proto Caracol aplikuje ochranný gel coat a lak; bez nich by samotný polymer na přímém slunci degradoval.

Konec sklolaminátu? Spíš jeho doplnění

Bylo by lákavé prohlásit, že 3D tisk nahradí tradiční loďařství. Realita je nuancovanější a Caracol sám to přiznává. Masová výroba rekreačních lodí stále stojí na levné a rychlé polyesterové laminaci do forem, kde se náklady rozpouštějí přes stovky až tisíce kusů. Tam aditivní výroba zatím konkurovat nedokáže.

Kde ale 3D tisk získává jasnou výhodu:

• Zakázková a malosériová výroba – žádné formy, žádná amortizace nástrojů
• Rychlé iterace návrhu – změna tvaru trupu znamená úpravu digitálního modelu, ne výrobu nové formy
• Individualizace – každý kus může být jiný bez navýšení nákladů
• Prototypy a speciální plavidla – servisní čluny, pracovní platformy, experimentální konstrukce

V2 Group a Caracol po dokončení prototypu hlásí zájem partnerů z oboru a pracují na dalším katamaránu. Nejde tedy o jednorázovou demonstraci, ale o plánovaný výrobní směr. Konkrétní datum zahájení prodeje ani cenu sériového kusu ale firmy nezveřejnily.

Český kontext: máme na to?

Česko sice nemá moře, ale má relevantní technologickou základnu. RCMT na ČVUT provozuje velkoformátový robotický 3D tisk s peletovým extruderem a velkým pracovním prostorem. Česká firma SinuCraft nabízí systém SinuPrint 3000 pro výrobu velkých dílů v jednom kuse s možností dalšího prodloužení pracovní oblasti.

Vytištěný šestimetrový lodní trup z Česka veřejně doložený není. Ale technologie pro něj tu existuje a segmenty jako přístavní servisní čluny, pracovní platformy pro vodní nádrže nebo zakázkové sportovní lodě by mohly být přirozenými odběrateli.

V2-0 Cat není revoluce, která zítra zavře loděnice. Je to ale funkční důkaz, že robotický 3D tisk dokáže vyrobit reálné plavidlo rychleji, levněji a s menším odpadem než tradiční postup, aspoň tam, kde nejde o tisícikusové série. A to je pro budoucnost malého loďařství podstatnější, než se na první pohled zdá.