FREEDEE BLOG

Az additív gyártótechnológiák gyors fejlődése során kiderült, hogy fenntartható, környezetbarát megoldásokról van szó. Kevesebb az anyagveszteség, egyszerűsödik az ellátási lánc, tárgyak újrahasznosított műanyagból és fémekből is előállíthatók.

Ezek az előnyök egyértelművé teszik, hogy ha az iparág egészében megszokottá válnak, a 3DP környezettudatosabb a hagyományos gyártásnál, jelentősen csökkenti a széndioxid-lábnyomot.

Az additív gyártóipar fenntarthatóságához, fenntartható módszerek alkalmazásához és elterjedéséhez a területen dolgozó vállalatoknak is részben át kell alakulniuk. Az egész szervezetre alkalmazható „zöld” stratégiát kell kidolgozniuk, az alkalmazottakat a stratégia kivitelezésére kell motiválni, meg kell ismertetni velük, illetve a cégnek magához kell vonzania a fenntartható 3D nyomtatásban speciális ismeretekkel és tapasztalattal rendelkező szakembereket.

Ezen a ponton újabb kérdések merülnek fel: milyen vállalatvezetésre van szükség, milyen adottságok kellenek egy szervezeten belül, milyen szakember kell a meglévő alkalmazotti gárda „fenntarthatósági” tréningjéhez?

Első lépésben a körkörös gazdasághoz kell igazodnunk, amelyben már a terv minimalizálja a nyersanyag-inputot és outputot. A cégen belül ki kell jelölni a fenntarthatósággal foglalkozó, azért felelős szakavatott személyt, és minél többnél lesz ilyen, annál közelebb kerülünk a teljesen környezetbarát 3DP iparághoz. A szerepek és a felelősségek meghatározása mellett, az illetőnek jó kommunikációs és menedzselési képességekkel is kell rendelkeznie.

A kreativitás, a komplex problémamegoldás, a befektetőkkel való hatékony kommunikáció tartoznak az átmenet levezényléséhez nélkülözhetetlen, úgynevezett soft szkillek közé.

Mivel az összes additív gyártócég nyilván nem egyféleképpen fog átállni a fenntarthatóságra, a kivitelezéshez (a biomérnöktől a gépészmérnökig stb.) különféle specialistákra lesz szükségük.

Az Egyesült Államok Oak Ridge Nemzeti Laboratórium atomfizikusokból és mérnökökből álló csoportja egész egyedi tervvel akarja forradalmasítani a nukleárisenergia-iparágat: atomerőművet szeretnének 3D nyomtatással felépíteni. Nem elméletit, nem teoretikus alapokat raknának le, hanem a valóságban, precízen működő létesítményét.

A bevált módszerektől gyökeresen eltérő eljárással épülő atomerőmű ötlete sokak számára meglepő, egyesek szkeptikusan állnak hozzá, a tudóscsapat viszont elmondta, hogy az iparágat pontosan így „hozzák át” a 21. századba, amivel értelemszerűen nem érthet egyet mindenki.

Atomerőművek új részeinek tervezése, kidolgozása mindig drága és időigényes folyamatok sora. Mérnököknek fel kell építeniük az adott részt, alkatrészt, majd beteszik a tesztreaktorba, aztán pedig kiértékelik, hogy működik-e, vagy sem, és ha nem, akkor miért nem.

Részek megalkotása, alkatrészek tesztelése sokkal gyorsabban megy 3D nyomtatással – állítják a labor szakemberei. Állításuk a hagyományos módszerekhez túl komplex és részletes komponensek esetében – más, „klasszikusabb” iparágakhoz hasonlóan – különösen igaz.

„Tudjuk, hogy a régi megoldások is működőképesek. Problémájuk, hogy nem elég gyorsak és nem elég olcsók” – magyarázza Kurt Terrani, az Oak Ridge Nemzeti Labor egyik kutatója.

A csoport elképzelései alapján egyik legmodernebb és leginkább előrehaladott állapotban lévő tervüket a közeljövőben kivitelezik, és a kicsi atomerőmű 2023-ban kezdhet el üzemelni.

Az erőmű központi eleme kb. akkora, mint egy ember térde, a teljes létesítmény pedig nem nagyobb egy söröshordónál.

De mire lenne elegendő egy ilyen miniatűr atomreaktor?

A mérnökök elmondása alapján kb. ezer otthon működtetésére…

Az esemény szervezői úgy számolnak, hogy a tervek szerint, november 10. és 13. között tartják meg Frankfurtban a Formnext 2020-at, az additív és a modern ipari gyártás legnagyobb éves seregszemléjét. Gőzerővel ötletelnek, dolgoznak a biztonság megteremtésén.

„Meg vagyunk győződve a fizikai kiállítás egyedi értékéről és előnyeiről. A digitális interakció ugyan soha nem fogja helyettesíteni a szemtől szembeni kapcsolatot, viszont sokkal nagyobb léptékű, mint akár csak hetekkel ezelőtt is gondoltuk” – jelentették ki.

Pontosan ezért tanulmányozzák a digitális opciókat is. A kiállítóknak lehetőségükben áll anyagaik online prezentálása. Már dolgoznak az erre legalkalmasabb módszereken, platformokon. Ha esetleg akkor sem tudjuk még átlépni a határokat, szükség is lehet rájuk. A német kormány viszont május 5-én bejelentette: a kereskedelmi vásárok nem tartoznak az egészségügyi szempontból különösen veszélyes és kockázatos rendezvények közé.

A bejelentés bizakodásra ad okot, és november különben is messze van még. Nem csak a vásárnak, hanem az egész gazdaságnak jót tesz egy ilyen kormányzati döntés.

„A kereskedelmi bemutatók az ipari innováció és értékteremtés hajtóerői. Sok iparág és szektor többhónapos leállása után most ez különösen így van” – nyilatkozta Sascha F. Wenzler, a Formnext igazgatóhelyettese.

A szervezők számára a kiállítók, a vendégek és az alkalmazottak egészsége a legfőbb prioritás. A Frankfurti Vásár vezetőségével közösen keresik az erre vonatkozó legmagasabb szintű és minőségű szabványokat: kevesebb legyen a látogató, ne alakuljanak ki sűrű csoportok, szigorú kontaktkutatás, higiéniai szabályok. Ezeket az érintett hatóságokkal koordinálják, a helyszínen pedig igyekeznek majd hiba nélkül alkalmazni.

Egy biztos: a fizikális és a digitális/virtuális arányos kombinációja a bemutató sikerének titka. A nyomtatókat és a nyomtatási folyamatokat jobb a helyszínen, saját szemünkkel látni, ami idén privilégium és persze valamelyest kockázat is lehet. Nyilván kevesebben lesznek, mint az elmúlt években.

A brit 3DPRINTUK szolgáltató jó ideje foglalkozik gyártással is, legutóbb a Bournemouthi Művészeti Egyetemmel (AUB) közösen, a Covid-19-re reagálva, SLS nyomtatótechnológiára optimalizált arcvédőket készített.

A 3DP közösség, sok más országhoz hasonlóan, az Egyesült Királyságban is jelentősen kiveszi a részét a járvány elleni védekezésből, minden erejükkel igyekeznek csökkenteni a kereslet és a kínálat között tátongó űrt, és amennyire telik tőlük, segíteni az egészségügyi dolgozókat.

Egyre több innovatív arcvédő-terv lát napvilágot, viszont szinte mindet FDM-gépekre optimalizálják. Ezeknek a terveknek szelektív lézeres szinterezéssel (SLS) történő kivitelezése sajnos távolról sem annyira gördülékeny. A 3DPRINTUK viszont alapítása óta SLS-t használ, és 2 milliónál több nyomat van mögöttük.

Megállapították, hogy Prusa arcvédőből EOS FORMIGA P110 gépen 14-nél több nem printelhető egyidőben. Végül addig dolgoztak a terven, amíg sikerült elérniük, hogy 27 óra építési idő alatt, 260 darab, arcvédőnkénti átlagban 6 perc alatt készült el egy nyomtatási ciklusban. Biológiailag biztonságos nejlonnal (PA2200/Nylon 129) dolgoztak, a végtermék A4-es borítékban simán elfér, tehát olcsón postázható.

Mihelyst hitelesítették a tervet, a lélegeztetőgépek gyártásában is résztvevő cég partnerek után nézett, így találtak rá a P110-et és lézervágást is használó AUB-re.     

Az együttműködés hibátlan, első körben 5 ezer darabot nyomtattak, és folyamatosan készülnek a továbbiak is, amelyeket ingyen osztanak szét a frontvonalban dolgozó orvosoknak, ápolóknak, rászorulóknak. Az AUB kampusza, a márciusi zárás óta különféle védőfelszereléseket gyártó üzemmé alakult át. Az egyetem szakemberei nagyon örülnek az együttműködésnek.

A fenyegetett vízalatti ökoszisztémákat megvédendő, évek óta nyomtatnak korállt. A mesterséges korallzátonyok segítik a természetesek növekedését, és menedéket nyújtanak az érzékeny környezetben élő fajoknak.

A Cambridge Egyetem és a San Diegoi Kaliforniai Egyetem közös projektje magasabb szintre emeli a korallok printelését – bionyomtatással készült szerkezeteik mikroszkopikus algák növekedését segítik.

Az egymáshoz szorosan kapcsolódó korall és alga szimbiózisban él az óceánban. A korall „otthont ad” az algáknak, ő a „gazdatest”, míg az algák fotoszintézissel cukrot állítanak elő. Együtt adják a korallzátony ökoszisztéma alapját.

„A korallok nagyon hatékonyan gyűjtik és használják a fényt. Ezeket a természetes stratégiákat próbáljuk a laborban másolni és utánozni” – jelentette ki Daniel Wangpraseurt (Cambridge).

A korallszerkezeteket gyors bionyomtatással hozták létre. A technológia mikrométer felbontású komplex geometriák pontos kivitelezését teszi lehetővé. A korallt algasejtek „inkubátoraként” használják, nagyságrendekkel nagyobb növekedést biztosítva nekik, mintha a bevett folyadékokkal dolgoznának.

„Ha klasszikus extrudálás- vagy tintasugár-alapú többórás folyamatokat alkalmaznánk, a legtöbb sejt meghalna. Túl sokáig tartana. Eljárásunk gyors és eredményes, és így emberi, állati, sőt, algasejtekkel is kompatibilis” – mondta Shaochen Chen (UCSD).

Koralljuk biokompatiblis polimergélek és hidrogélek kombinációja, egészséges korallok fénytani tulajdonságait eredményesen utánzó cellulóz nanoanyagokat tesznek beléjük.

A fény szétszórásában és a fotoszintézisben a cellulóz kitüntetett szerepet játszik. A teszteken a korall nagyon hatékonyan osztotta szét a fényt. (A mesterséges korall az eredeti 3D szkenje alapján készült.)

A bionyomtatott korall alkalmazásai nem fognak pontosan megegyezni a többi nyomtatottéval. Utóbbiakat kerámiaszerű anyagokból hozzák létre, és a vízi környezetben a korallok, védőfunkcióját utánozzák. Az új szerkezetek az algák növekedésére összpontosítanak, hogy a fentarthatóságot segítő és a káros kibocsátásokat akadályozó biotermékekké váljanak.               

A 3D nyomtatótechnológia fejlődésével egyre több a printelt repülőgép- és űreszköz-alkatrész. A kaliforniai Rocket Lab rakétameghajtót nyomtatott, a szintén kaliforniai Relativity Space pedig teljes egészében additív gyártással készült rakétákat akar.

Természetesen Kína sem maradhat ki az „űrnyomtatásból”, a távolkeleti ország Űrtechnológiai Akadémiája (CAST) által fejlesztett speciális printert, nyomtatott CubeSat műhold telepítővel együtt május 5-én fellőtt a világűrbe. Néhány perccel később egy kísérleti – és személyzet nélküli – űrhajó elvált a rakétától, majd pályájára lépett.

Az űrhajót egy rakomány-visszaszállító kapszula is kísérte, azon volt a 3D printer. A kapszula egy nappal később visszatért a Földre, fedélzetén a géppel és két nyomattal.

Kína első világűrbéli nyomtatása szénszállal megerősített polimer kompozitok folyamatos gyártását is jelentette. Világpremiert csináltak vele, mert ezt előttük senki sem abszolválta odafent. A nyomatok (összesen kettő) csütörtök este készültek el, mentek róluk az Akadémiára a képek, azaz, a misszió teljes sikerrel járt.

A szénrostot magas szakítószilárdsága és kis tömege miatt gyakran használják a légjármű-iparban. Kompozitanyagok velük történő megerősítése jó ideje kutatások tárgya. A misszióval a kínai kutatók a speciális anyag technikai alapjait akarták lerakni, és ezért döntöttek arról, hogy a munkálatok az atmoszférán kívül történnek.

A nyomatokon a mikrogravitáció anyagokra és szerkezeti mechanizmusokra kifejtett hatása is vizsgálható. A CAST bizakodik, hogy a mostani munkából kiindulva, idővel majd nagyobb szerkezeteket is printelnek az űrben.

A teszttel az is kiderült, hogy a nyomtatás teljesen automatizálható. Az eddigi teszteknél a fúvóka bemelegítéséhez vagy a hibaelhárításhoz kellettek emberek, a mostani viszont a legközelebbi Homo sapienstől is többszáz kilométerre történt, és sikerült.

A (nyomtatott) telepítő a miniműholdat kötötte össze a rakétaindítóval. Csökkenti az indító rezgéseket, a megfelelő időben engedi el a műholdat, továbbít bizonyos jeleket. A gép szerkezeti integritását, anyagteljesítményét és űrkörnyezet-kompatibilitását tekintve, mindhárom kategóriában jól vizsgázott.

Az Illinois Egyetem kutatói nyomtatott hidrogél csontvázat sikeresen kapcsoltak össze patkány gerincvelőjével. Az egyesítéssel funkcionális járó robotot akartak létrehozni.

A biobot működtetéséhez az agyban lévő idegsejtek által kibocsátott glutamát neurotranszmitterre is szükség volt, az egész szerkezetet az ösztönzi mozgásra.

Az új módszerrel nemcsak mozgás vezérelhető, hanem (legalábbis részben) a perifériális idegrendszer fejlődése is utánozható. A projekt eredményei a jövőben a gerincoszlop szenzori inputjait kontrollmechanizmusként használó tervekben alkalmazhatók.

A kutatók azért döntöttek a vázizom mellett, mert az ottani sejtek könnyebben módosíthatók, és így több potenciális viselkedésformára nyílik lehetőség. Viszonylag kicsi mérete, az idegsejtek csekély száma miatt, a patkány gerincvelője ideálisnak tűnt a kísérletre.

A biobothoz különleges vázat készítettek. Az első teszteknél lényegében semmi érdekeset nem észleltek, azonban tovább kísérletezve, és a kezdeti paramétereken módosítva, az izom-összehúzódás mintázata megváltozott. A húzódás mértéke következetesebben, szisztematikusabban történt, egyenletes mozgás alakulhatott ki.

A projekt az utóbbi idők egyik legmarkánsabb infokom trendjéhez, az úgynevezett puha robotikához (soft robotics) kapcsolódik. 3D bionyomtatást többféleképpen használnak ezekhez a gépekhez.

A New Yorki Cornell Egyetemen például a saját belső hőmérsékletét kontrolláló izmot fejleszttettek. Katalán kutatók kifejezetten izomgyártással foglalkoznak, a Delfti Műegyetem (Hollandia) szakemberei pedig többszínű 3D nyomtatott szenzorokkal igyekeznek növelni a puharobotok mesterséges intelligenciáját.

Mivel nagyon rugalmas anyagból készülnek, ezek a gépek élő organizmusokhoz hasonló természetes mozgásokra képesek.  

Az ECCO dán cipőgyártó által elindított Quant-U szolgáltatás a lábbelik személyre szabásáról szól. A cég nagyon szimpatikus szerepet játszik a koronavírus járvány elleni küzdelemben.

Mit tehet egyáltalán, hogyan harcolhat egy cipőkkel foglalkozó vállalkozás a Covid-19 ellen?

A Quant-U válasza: 100 pár személyre kidolgozott lábbelit osztott szét amszterdami kórházakban dolgozó személyeknek. A gesztus jó hatással lehet a frontvonalban lévő, minden bizonnyal fáradt és kimerült dolgozókra, az új cipők nagyobb kényelmet biztosítanak számukra, és egyben azt is bizonyítja, hogy vállalatok sokféleképpen segíthetnek jelenleg kulcsszerepet betöltő személyeknek.

Az ECCO Innovációs Laboratóriuma (ILE) kísérleti cipőprojektként indította el a Quant-U-t. A projekt tavaly lendült be igazán, áprilisban például egy párizsi pop-up shop keretében ismerhette meg a nagyérdemű a lábbelik személyre szabásában rejlő potenciált. A bemutatóhoz folyékony szilikongumit és természetesen 3D nyomtatást használtak.

A cipők személyre szabásához viselőik biomechanikus adatait gyűjtötték össze, majd speciális folyékony szilikongumiból (SILASTIC 3D 3335) talpakat printeltek. Az anyagot az ECCO-val együttműködő Dow fejlesztette.

A folyamatot a lábbelik értékesítésére találták ki: az ügyfél bemehet a boltba, összegyűjtik róla a szükséges adatokat, majd egy órán belül megkapja a lábára kidolgozott cipőt.

Az anyagot és a talp nyomtatott szerkezetét úgy találták ki, hogy a cipő kényelmes is legyen, és a levegőt is áteressze, szellőzzék. Ez a két tényező átlagos élethelyzetben is fontos, akkor pedig kritikus, ha valaki órák hosszat áll, mint például egyes egészségügyi dolgozók. Ha mindehhez hozzáadjuk, hogy a cipők személyre szabottak, és még stílusosak is, egyértelmű, hogy viselőik optimális kényelmét szolgálják. Ha valakik, ők igazán megérdemlik.

A koronavírus európai megjelenésekor a HP csak két orvosi eszközön, a Materialise érintésmentes kilincsén és egy sebészmaszk-szűrőn dolgozott. Azóta egy egész csapat koordinálja az európai és az észak-amerikai HP központokat és ügyfeleket. Többmillió kórházi védőfelszerelést printelnek, majd szállítanak rendeltetési helyükre.

Ezeknek az alkalmazásoknak a hitelesítése és ipari gyártásra történő jóváhagyása még tart – arcmaszkokról, arcvédőkről, maszk-kiegészítőkről, orrtamponokról, az említett kilincsről és lélegeztetőgép-alkatrészekről van szó.

A cég kormányokkal, több ország egészségügyi és ipari szervezeteivel folytat tárgyalásokat e termékek koordinált gyártásáról és szállításukról. Az együttműködő partnerek listája impozáns: Lamborghini, Volkswagen-Ferrari, Skoda és még sokan mások. A munkában olasz, spanyol, amerikai, francia, kanadai, német stb. 3DP szolgáltatók is részt vesznek.

A HP-t meglepte, hogy partnerei és ügyfelei milyen gyorsan aktiválták magukat, és az ötletekből milyen hamar lett végtermék. Az arcvédőt egyre bonyolultabb darabok, lélegeztetőgép-szelepek, konnektorok, valamint a páciens oxigén-benyelési kapacitását növelő szerkezetek követték.

A helyi szervezetekkel való együttműködés létfontosságú volt ahhoz, hogy olyan részeket is tudjanak gyártani, amelyekhez semmilyen előzetes tapasztalattal nem rendelkeztek. A partnerek hihetetlen gyorsan tanultak, alkalmazkodtak, és változtatták meg gyártási folyamataikat. A Smile Direct például fogászati dolgokról arcvédőre állt át, és printelt többezer darabot.

Sokat számított, hogy egy öntőformával milliós nagyságrendben lehet termelni, magán a formán viszont sokáig kell dolgozni. Sürgősségi esetekben, vészhelyzetben pontosan a 3D nyomtatásra (és kisebb mértékben fröccsöntésre) van szükség, mert a gyártás azonnal elkezdődhet. Néhány éve ez még teljesen elképzelhetetlennek tűnt, márpedig egy ilyen szituációban minden perc életet menthet.

A járvány során kormányügynökségek jöttek rá, hogy a 3DP megkerülhetetlen a stratégiai tervezésnél. A technológia valóban alkalmas a gyártásra.           

A New Jersey állambeli Rutgers Egyetem mérnökei hatékony és automatizált utófeldolgozó módszert találtak ki komplex nyomtatott tárgyak festésére, amellyel még az egyébként hozzáférhetetlen részek is elérhetők. Az új módszerrel idő és pénz spórolható meg, plusz a nyomatok „okos bőrbe” csomagolhatók.

Az úgynevezett elektrospray-s lerakással (electrospray deposition, ESD) a permetezőtű és a tárgy helyét sem kell megváltoztatni.

A fejlesztők elmondták, hogy eljárásuk nemcsak hagyományos tárgyak, hanem hidrogéles puha robotok esetében is hatékonyabb az eddigieknél. Ha a tárgyat többször egymásután vízbe teszik, a festék akkor sem kopik le róla, mert olyan jól ellenáll a nedvességnek.

3D nyomatok hagyományos módszerekkel, klasszikus festéssel és bevonással nem lesznek tökéletesek, ami több szektorban, például a légjármű-iparban vagy a medicinában komoly problémákhoz vezethet.

A megoldás, az ESD mikro- és nanoléptékű bevonó technika az áramló vegyszert magasfeszültség mellett porlasztja elektromossággal töltött cseppecskékre. Az utóbbi években oltóanyagok, napelemek fényelnyelő rétegeinek és LED kijelzők fluoreszkáló kvantumpöttyeinek a bevonására használták.

A kutatók módosítottak rajta: minimalizálták a töltéseloszlást, lehetővé téve korlátozott vastagságú film lerakódását, amely idővel növekedni kezd. Az eljárást önkorlátozó elektropermetes lerakásnak (SLED) nevezték el. Nagyon fontos jellemzője, hogy sem a tűnek a nyomaton történő beállítása, sem a nyomat irányultsága nincs hatással a munkafolyamatra.

Az SLED jobban „érzi” a printelt darabok sajátosságait, és a fejlesztők pont ezért jelenleg SLED kiegészítőt építenek 3D nyomtatókhoz. Így válik lehetővé nyomatok funkcionális, védelmet adó és esztétikus festékrétegekkel történő bevonása. A tesztek alapján ezzel a technikával vékonyabb rétegekre irányuló, a hagyományos módszereknél kevesebb anyagot használó, célzottabb festésalkalmazások valósíthatók meg. Következő lépés tulajdonságaikat úgy adaptáló felületek létrehozása, amelyek érzékelik a környezetüket, és hatással lehetnek beépített elektronikus részekre, stimulálhatják azokat.

A kutatók bizakodnak, hogy technikájukat hamarosan kereskedelmi forgalomba hozzák.