Inovace | 27. 06. 2018

Bionický hořák

Návrhář kontroluje výsledek 3D tisku. Ačkoli to může vypadat jako žárovka ve tvaru květu fenyklu, ve skutečnosti se jedná o plastový model hlavice hořáku s bionickým designem. Tento přístup možná brzy způsobí revoluci, za kterou budou stát dvě nové výrobní techniky: generativní software a 3D tisk.

Kombinace bioniky a 3D tisku, spolu s novou softwarovou technologií, která automaticky vypočítá geometrická řešení, může způsobit revoluci, která by mohla zásadně změnit celá průmyslová odvětví. A přitom to je všechno o rostlinách.


Struktura větví stromů obsahuje transportní systém, který zajišťuje optimalizovaný cyklus živin. Podobně to funguje i v plicích, krevním řečišti nebo v kořenech rostlin. Tento přirozený princip inspiroval výzkumníky ze společnosti Siemens, aby vypracovali studii nového designu hrotů hořáků, které se používají v elektrárnách a v energetických procesních technologiích, kde se spalují palivové plyny.

Na tento nápad se nepřišlo náhodou. Již v roce 2014 byla s pomocí technologie 3D tisku vyrobena první kovová hlavice hořáku. Tento nový způsob konstrukce hlavice výrazně usnadnil chlazení oproti předchozím typům, hořák se nemohl přehřát ani při dosažení maximální teploty okolo 1 500 stupňů Celsia, což byl v té době nebývalý úspěch.

Pozitivní zkušenosti s „vytištěným“ hořákem utvrdily vývojáře ve správnosti tohoto postupu a motivovaly je k další práci na nových možnostech využití co největšího počtu funkcí a sestav v jediné komponentě. První náčrt konstrukční studie ukazoval rozvětvené chladicí kanály. Následovaly počítačové návrhy, které se optimalizovaly prostřednictvím iterací, kde každá vedla k o něco lepšímu výsledku. Nakonec byl finální návrh odeslán do 3D tiskárny. Výsledkem byl plastová hlavice hořáku o velikosti žárovky a ve tvaru květu fenyklu vystavěná ve vrstvách s vnitřní strukturou propletené žilnatiny.

Bionický hořák – je pouze otázkou času kdy 3D tisk změní celá průmyslová odvětví.
Bionický hořák – je pouze otázkou času kdy 3D tisk změní celá průmyslová odvětví.

Hlavice hořáku je dobrým příkladem pro bioniku – design, který využívá bohatství přírody formované evolucí. Dnes, díky dvěma novým výrobním technologiím, „generativnímu navrhování“ a 3D tisku, je tento přístup na pokraji revoluce, která by jednou mohla proměnit průmyslová odvětví, jako jsou výroba automobilů a letadel. Pokud se navíc tyto nové technologie zkombinují s možnostmi navrhování pomocí PLM softwaru pro správu životního cyklu výrobku, získáme produkt, který bude výkonnější, levnější a bude vyžadovat méně údržby.

Jak získat mnoho z mála

Bionický repertoár dnes dokáže podstatně rozšířit nové generativní počítačové programy. Proces digitálního výběru se přitom neomezuje pouze na nápady z přírody, čím déle se nechá generativní algoritmus počítat, tím více výsledných organických návrhů se objeví. To ale není žádným překvapením, protože vypočítané výsledky obvykle reflektují vylepšené přírodní procesy. Součásti vyráběné s použitím této technologie jsou obvykle výkonné a vyznačují se nízkou potřebou materiálu a energie, stejně jako je tomu v přírodě, která dokáže dosáhnout maximálních výsledků s velmi omezenými zdroji. Tímto způsobem software dokáže zdokonalit průtok komponentou, přenos tepla, pevnost, nosnost a jiné vlastnosti. Kromě toho, jakmile generativní software vypočítá řešení, technologie aditivní výroby umožní rychlé provedení i velmi složitých konstrukcí. Vedle toho, že se zásadně zkracuje doba výroby, dochází k úspoře nákladů na materiál, které jsou nesrovnatelně nižší ve srovnání s konvenčním odléváním a frézováním.

Urychlená evoluce

Stejným procesem prošla i „fenyklová“ hlavice hořáku. Do simulačního programu se zadaly první návrhy a vložily se do něj podmínky, které měly být splněny. Na konci celého procesu pak vzniknul optimalizovaný design. V tomto případě bylo hlavním cílem, aby se hořák nepřehříval. Během několika dní tak PLM program vypočítal stovky uspořádání pro chladicí systém a vodicí desky, které distribuují hořící palivo. A simulace i testy naznačují, že tento nový design nejen slouží svému účelu, ale je současně odolnější, výkonnější a cenově dostupnější než předchozí modely.



Stejným způsobem společnost Siemens vyvinula také další produkty, jako jsou lopatky spalovací turbíny, které připomínají mírně zkroucené žraločí ploutve. Tyto lopatky se používají v komerčně vyráběných turbínách již od roku 2016. Nová metodika zkrátila dobu od návrhu po výrobu nových lopatek pro spalovací turbíny ze dvou let na dva měsíce.

Více materiálů v jedné komponentě

Zde ale vývoj nekončí. V bionické laboratoři Siemens se současně pracuje na postupech 3D tisku, které v jedné části integrují několik materiálů. I zde se využívají nápady z bioniky. Například, lidská paže se skládá z kostí, tkání, svalů a kůže. Podobně vrstvené komponenty nyní můžeme vyrábět i my, a to aditivními technologiemi. Komponenta vytvořená generativním algoritmem by se mohla vyrobit z drahých vysokoteplotních slitin pouze částečně – tyto materiály by se použily pouze v místech, která se nachází blízko zdroje tepla. Vzdálenější části by se naopak mohly skládat z běžnějších kovů.


Kontakt

Siemens, s.r.o., Corporate Communications
Kontakt pro média: Mariana Kellerová, telefon: +420 602 403 594
E-mail: mariana.kellerova@siemens.com

Pro ostatní informace kontaktujte naše kontaktní centrum: +420 800 90 90 90


Připojte se k nám na Facebooku (www.facebook.com/SiemensCzech nebo na Twitteru (@SiemensCzech, @chytramesta). Více informací o výzkumu a vývoji naleznete na www.siemens.cz/press/inovace-a-zajimavosti

 

Siemens Česká republika

Siemens patří mezi největší technologické firmy v České republice a již více než 125 let je nedílnou součástí českého průmyslu a zárukou inovativních technologií. Se svými více než 12 000 zaměstnanci se řadí mezi největší zaměstnavatele v Česku. Portfolio Siemens zahrnuje produkty a  řešení pro oblast výroby a distribuce elektrické energie, inteligentní infrastrukturu budov, distribuované energetické systémy a automatizaci a digitalizaci ve zpracovatelském a výrobním průmyslu. Odděleně vedené společnosti Siemens Mobility a Siemens Healthineers působí na trhu kolejové dopravy a zdravotnických technologií. Český Siemens je průkopníkem v oblasti průmyslové digitalizace, automatizace a inteligentní infrastruktury, v jejichž rámci přináší zákazníkům komplexní digitální produkty a služby. Více informací naleznete na http://www.siemens.cz

Koncern Siemens AG

Skupina Siemens Česká republika je součástí globálního technologického koncernu Siemens AG, který je již více než 170 let synonymem pro špičkové technologie, inovace, kvalitu a spolehlivost. Siemens působí po celém světě a zaměřuje se na oblast výroby a distribuce elektrické energie, inteligentní infrastrukturu budov, distribuované energetické systémy a automatizaci a digitalizaci v zpracovatelském a výrobním průmyslu. Prostřednictvím odděleně vedené společnosti Siemens Mobility, která je předním dodavatelem řešení pro kolejovou a silniční dopravu, Siemens určuje trendy na trhu osobní a nákladní dopravy. V rámci majoritního podílu ve veřejně obchodovaných firmách Siemens Healthineers AG a Siemens Gamesa Renewable Energy je Siemens předním světovým dodavatelem zdravotnických technologií a medicínských digitálních služeb, stejně jako ekologicky šetrných řešení pro výrobu větrné energie na pevnině i na moři.  Ve fiskálním roce 2019, který skončil 30. září 2019, dosáhl Siemens tržeb ve výši 86,8 miliard EUR a čistého příjmu ve výši 5,6 miliard EUR. Na konci září 2019 měla společnost po celém světě zhruba 385 000 zaměstnanců. Více informací naleznete na http://www.siemens.com

 

Další tiskové zprávy