Nedávno jsme představili 5 nových aplikačních oblastí, kterým se bude Centrum HiLASE věnovat. První z nich je zaměřená na pokročilé laserové zpracování a výrobní technologie. Jejím odborným garantem je Ing. Jan Brajer, Ph.D. (vedoucí oddělení: Průmyslové aplikace laserů).
Pokročilé laserové zpracování a výrobní technologie souvisí s využitím špičkových laserů spolu s vyspělou senzorikou, zpětnovazebním řízením a strojovým učením. Jedná se například o funkcionalizaci povrchů pomocí mikro a nanostruktur, zvyšováním odolnosti kovových součástí a výrobou součástí hybridními technologiemi apod. Funkcionalizace znamená ovlivňování povrchových vlastností, například frikce nebo biokompatibility, pomocí jasně definovaných struktur. Dále se jedná o prodloužení životnosti a bezpečnost kritických součástí kontrolovaným vnášením zbytkových povrchových napětí. Z pohledu technologií mluvíme o využití LSP (Laser shock peening), LMM (Laser Micromachining) a LIDT (Laser Induced Damage Treshold). Patří sem i laserové svařování, navařování a 3D tisk.
Vzhledem k tomu, že se jedná o nový směr, kterému se Centrum HiLASE bude věnovat, požádali jsme Honzu o rozhovor, ve kterém pokročilé laserové zpracování a s ním související technologie objasní.
Jak bys představil pokročilé laserové zpracování a technologie?
V dnešní době je laser využíván pro spoustu průmyslových aplikací, od svařování řezání, kalení, až po popisování. U nás v HiLASE se zaměřujeme na pokročilé laserové aplikace, tedy na aplikace, které ještě nejsou zcela běžné anebo ty běžné nějakým způsobem dále vylepšujeme. Například u řezání laserem za zaměřujeme na velmi přesné řezání a vrtání s přesností na tisíciny milimetrů, což je využitelné například v medicínských aplikacích. Stejně tak povrchy se běžně zpracovávají především teplotním účinkem laseru a my to zkoušíme bez něj. Tímto šetrným způsobem pak vdechneme povrchu nečekané funkce – hydrofobní, hydrofilní, antibakteriální, zlepšení frikce atp.
Nedílnou součástí je i měření prahu poškození komponent laserem (LIDT), které se využívá přednostně pro měření optiky, ale můžeme ho použít pro měření vrstev nebo jakýchkoli povrchů. Využití je pak například v bezpečnosti provozu zařízení, kde jsme schopni určit, jestli daný materiál záření laseru vydrží. Dále se jedná o obranu. V případě, že existují laserové zbraně, tak my umíme pomoci při návrhu laserových štítů a takových příkladů je mnohem více.
Pokročilé výrobní nebo laserové technologie jdou ruku v ruce s pokročilou senzorikou a diagnostikou. Využíváme je proto, abychom zajistili opakovatelnost procesu, danou kvalitu a zvyšovali například i rychlost a tím využitelnost zkoumaných technologií.
Na co se v blízké budoucnosti budeme v souvislosti s touto oblastí nejvíce zaměřovat?
Jednoduše řečeno, pro nás je důležitý rozvoj spolupráce se stávajícími a potenciálními partnery a zákazníky. Zaměřujeme se na komercializaci našich výstupů a v řadě laserových technologií máme co nabídnout. Naším cílem je implementace HiLASE technologií přímo do výroby, a tím umožnit rozvoj a posun firmám. O udržitelnosti, snížení ekonomické náročnosti, optimalizaci a zefektivnění výrobních procesů nemluvě. Přitom je pro nás zcela zásadní neustálé získávání zpětné vazby, na jejímž základě dané technologie budeme dále rozvíjet a uzpůsobovat pro danou pokročilou aplikaci.
Spolupráci já osobně vnímám jako jednu z našich hlavních hodnot, protože se ukazuje, že sami opravdu nemůžeme zvládnout všechno. My potřebujeme firmy, aby s námi sdílely jejich problémy. My jim naopak můžeme pomáhat s hledáním optimálního řešení, které pak následně bude i implementováno.
Co je cílem této strategické oblasti?
Takovým mým snem pro vizi na dalších 10 let, je že bychom se měli stát první volbou pro průmyslové podniky a vlastně i pro vědecko-výzkumné instituce, když budou chtít, řešit téma kolem laserů. My dokážeme pomoci s vývojem technologie, s implementací laserové bezpečnosti, nebo nezávisle posoudit nejlepší možné řešení.
Kde vidíš přínos?
Přínos oblasti je definován už v samotném slovíčku „pokročilé“. Za použití pokročilých technologií to ve výsledku znamená rychlejší, efektivnější, ekologičtější zpracování a výrobu. Využití pokročilé senzoriky – snímání – zajišťuje větší přesnost, menší chybovost, nižší zmetkovost a efektivnější využívání materiálu.
Právě díky pokročilým laserovým technologiím je možné podporovat při výrobě samotnou udržitelnost. Stav, který je nyní, je neudržitelný. I za pomoci iniciativy Průmyslu 4.0 ruku v ruce s pokročilými výrobními technologiemi je možné udržitelnosti dosáhnout.
Co nás v nejbližší době čeká?
Máme v plánu prozkoumat hned několik oblastí. Nejlákavější je zpracování laserem na již 3D vytištěné součásti. Touto technologií jsme schopni dosáhnout absolutně unikátních vlastností dílce, který pak může fungovat násobně déle.
Má Centrum HiLASE již s využitím LSP na 3D tištěném dílci zkušenost?
Ano, mohu jmenovat kloubní implantáty, které jsme zpracovávali s firmou PROSPON. Jedná se o zaručení kvality již vytištěného dílce a zároveň dodání požadované vlastnosti pomocí aplikace vhodné laserové technologie. To je úplně nový koncept výroby kloubních implantátů, které jsou vytištěny na 3D tiskárně přímo na míru pacientovi. U 3D vytištěných implantátů je občas nejistota udržení vlastností, jedná se zejména o cyklické namáhání. Díky aplikaci LSP dokážeme prodloužit stávající životnost implantátu o řadu let, což ocení zejména mladší generace (odpadne nutnost výměny implantátu).
Případová studie s aplikací HiLASE technologie Laser Shock Peening (LSP) na kloubní implantáty je ke shlédnutí ZDE. Studie, kromě pozitivního dopadu na samotnou firmu PROSPON ukazuje, že inovativní laserové technologie mohou přinést nové aplikace v oblasti medicíny, a to s velmi příznivým dopadem na samotné jedince, kdy se jim díky prodloužené životnosti implantátu zlepší kvalita života.
Je evidentní, že pokročilé laserové zpracování a výrobní technologie mají vysoký potenciál poměrně výrazně ovlivnit nejen průmysl a jeho různá odvětví, společnost, ale potažmo i ekonomiku a konkurenceschopnost České republiky. V ekonomické oblasti dochází u výrobních procesů k růstu produktivity, snížení nákladů, zvýšení kvality výroby a efektivity produkce což vede i ke zvýšení exportních příležitostí a zajímavým možnostem ke spolupráci.
Rozhovor s Janem Brajerem, garantem oblasti Pokročilé laserové zpracování a výrobní technologie, vedla Marie Thunová, vedoucí Marketingu & PR.
