„Nejde už jen o výkon stroje, ale o to, jak dobře je zvládnutý celý procesní řetězec včetně dat, simulací a řízení. Typicky to vidíme v automobilovém průmyslu i obecně ve strojírenství, kdy se životnost a spolehlivost dílů opírá o vyšší přesnost geometrie, a hlavně o lépe definovanou integritu povrchu, což se v praxi promítá do opotřebení, hlučnosti, tření i únavy,“ říká Jan Zouhar z Ústavu strojírenské technologie FSI VUT.
Například hybridní výroba dnes zjednodušuje to, co bylo dříve buď velmi drahé, nebo technologicky obtížně realizovatelné – jako vnitřní kanálky či lokální zesílení při zachování přesnosti v jednom upnutí. Digitální dvojčata a pokročilá simulace zkracují náběh výroby, přinášejí vyšší jistotu bezkolizních drah a cílenější kompenzaci chyb stroje. „V programování pomocí CAM se prosadily dynamické strategie drah, které drží zatížení nástroje rovnoměrnější a tím zvyšují produktivitu i životnost nástroje. Roste význam monitoringu procesu a predikce opotřebení. Kombinace senzoriky a modelů využívajících AI umožňuje zasáhnout dřív, než se problém projeví na povrchu dílu. U obtížně obrobitelných materiálů pomáhá pokročilé obrábění – například kryogenní chlazení nebo ultrazvukem asistované procesy a zejména nové nástroje a nástrojové materiály,“ vysvětluje Zouhar.
Budoucnost obrábění je formována pěti oblastmi: udržitelností, nedostatkem lidí, novými materiály, požadavkem na procesní stabilitu a digitalizací. Největší výzvou už není zrychlit obrábění, ale zajistit udržitelnost, kontrolu celého procesu a autonomii. „Je zde tlak na snížení energetické náročnosti a také se již firmy zabývají environmentálním aspektem výroby. Druhý tlak je nedostatek lidí. Směr je jasný – automatizace procesů a programování, aby proces nebyl závislý na jednom zkušeném operátorovi. Třetí výzva souvisí s novými materiály a polotovary, zejména aditivně vyrobenými díly, kdy jejich vnitřní pnutí a heterogenita kladou nové nároky na strategie obrábění i na hodnocení integrity povrchu. A čtvrtou oblastí je ultrapřesnost a mikroobrábění, kde rozhoduje teplotní stabilita, vibrace a metrologie integrovaná do procesu,“ říká Zouhar. Obrábění se mění z izolované operace na datově řízenou disciplínu celého procesu výroby, kde se kvalita nekontroluje po výrobě zmetků, ale vzniká řízením procesu v reálném čase. „A podobně je to u povrchů. Stále častěji řešíme nejen, aby byl povrch hladký, ale aby měl přesně definovanou funkci – tření, odolnost, únavovou životnost – a aby to bylo opakovatelné v průmyslovém měřítku,“ doplňuje Zouhar.
U zušlechťování povrchů je podle jeho slov vidět posun od „jedné vrstvy pro všechno“ k cílenému povrchovému inženýrství. Výrazně vyspěly PVD povlaky (odolné tenké vrstvy nanášené ve vakuu), a to jak pro nástroje, tak pro funkční díly. „Díky tomu je reálnější suché obrábění či obrábění s minimálním množstvím maziva a vyšší procesní stabilita. Současně roste význam funkčních mikrostruktur, typicky laserového texturování, kde jde nejen o drsnost, ale také o funkci povrchu – tření, smáčivost, zadržení maziva, odolnost proti opotřebení nebo korozi,“ vysvětluje Zouhar.
Obrábění laserem i ultrazvukem
Podle Sergeje Hlocha z katedry obrábění, montáže a strojírenské metrologie, Fakulty strojní, VŠB – Technické univerzity Ostrava vývoj obrábění dnes táhnou dvě paralelní změny. Zaprvé výrazně roste podíl obtížně obrobitelných materiálů, jako jsou superslitiny pro energetiku a letectví, titan a jeho slitiny, kompozity, technické keramiky, tvrdé povlaky i aditivně vyráběné díly. Zadruhé se mění to, co považujeme za kvalitu. Nestačí totiž už jen rozměr a tolerance, ale rozhoduje integrita povrchu, která přímo určuje únavovou životnost, tření, opotřebení a odolnost vůči korozi. „Proto se zrychluje nástup bezkontaktních a hybridních technologií a zároveň digitalizace – senzorika, data a adaptivní řízení procesu,“ zdůrazňuje Hloch. Obrábění se dnes dynamicky posouvá směrem k technologiím, které umožňují zvládat materiály a geometrie mimo dosah klasických postupů a zároveň lépe řídit integritu povrchu. „Elektroerozivní obrábění se posunulo od ‚pomalejší alternativy‘ k vysoce přesné výrobě složitých dutin, mikrogeometrií a tvarů v tvrdých a žárupevných materiálech, často i po tepelném zpracování,“ říká Hloch. Přínosem je obrábění bez řezných sil, vysoká tvarová přesnost a opakovatelnost. Vývoj směřuje k jemnějšímu řízení výboje, stabilitě procesu a kombinaci s dokončovacími metodami, jako jsou leštění, texturování a funkční úpravy. Laserové obrábění už dávno není jen řezání plechů. Rychle roste mikroobrábění, vrtání, značení a zejména strukturování povrchů, s výhodami v bezkontaktnosti, rychlosti a snadné automatizaci. „Trendem jsou ultrakrátké pulzy pro minimalizaci teplem ovlivněné oblasti a hybridní postupy s následným mechanickým dokončením,“ uvádí Hloch.
Budoucnost strojírenství
Smolík je přesvědčený, že poroste význam inprocesního měření geometrie obrobků, inspekce jakosti obrobeného povrchu a sledování stroje i procesu technikami digitálních dvojčat a umělé inteligence. Cílem je zajistit maximální stabilitu procesu, ideálně bez nutnosti kontroly lidskou obsluhou. Samotný řezný proces obrábění bude optimalizován jak pomocí digitálních dvojčat stroje a procesu, která poběží v reálném čase paralelně se skutečným procesem obrábění, tak i pomocí nástrojů AI, jež budou doplňovat deterministické modely. „Budoucnost obráběcích strojů je také spojena s poskytováním standardizovaných dat o stavu stroje a procesu. Je nutné řešit pokročilou kyberbezpečnost a sdílení a zpracování dat v bezpečných průmyslových datových prostorech,“ říká Smolík. Zdokonalovat se bude i diagnostika stavu strojů z hlediska dlouhodobých i krátkodobých změn jejich vlastností a z hlediska plánování servisu a údržby. „Stroje budou lépe hospodařit s energií, a tím i s provozními náklady. Budou již od návrhu lépe připravené na opravy, modernizaci a repase s ohledem na udržitelnost,“ je přesvědčený Smolík. Budoucnost obráběcích strojů dle jeho slov směřuje ke strojům schopným sebereflexe a spolupráce v tom nejširším pojetí. „Stále je ale obráběcí stroj představitel zařízení, které poskytuje unikátní a dosud ničím nenahraditelnou přesnost výroby dílců při slušném výkonu. Tato jeho vlastnost je z velké míry dána fyzikálními vlastnostmi jeho nosné struktury. I přes všudypřítomnou digitalizaci, AI, senzoriku a softwarové možnosti ve všech jejích podobách je nutné věnovat pozornost základu, na kterém se dá stavět, a tím jsou dynamické vlastnosti nosné struktury, vřetene, konkrétního nástroje, obrobku a upnutí,“ dodává Smolík