FREEDEE BLOG

Az amerikai hadsereg gyakran él a 3D nyomtatótechnológia lehetőségeivel: vagy a katonáknak biztosít egészségügyi támogatást, vagy egyszerűen harctéri előnyhöz akar jutni.

A floridai nScrypt speciális printere barátságtalan környezetekben is képes változatos tárgyakat, például komplett elektronikus készülékeket vagy bioaktív tapaszokat előállítani. Egy 2019-es pilotprojektben printelt orvosi műszereket teszteltek konfliktuszónákban. A légierő egyik kutatócsoportja sebészhorgot nyomtatott harctéri használatra.

A hadsereg legújabb nyomtatott fejlesztése, egy füldugó a katonák hallását hivatott megvédeni. A rosszabbul hallók veszélyeztetettebbek, a csatatéren nehezebben állnak helyt, társadalmi interakcióik is korlátozottabbak.

Amerikai katonáknak kötelező valamilyen hallásvédő készüléket viselniük. Speciális program foglalkozik velük. Az USA-ban persze nemcsak a hadsereg veszélyeztetett csoport, az állam évi 242 millió dollárt költ dolgozók halláskárosodás miatti kompenzációjára.

A hadsereg kutatói több technikát, köztük a 3D nyomtatást is használják füldugók készítésére. A naprakész megoldásokkal a változatos technológiák előnyeit kihasználva, személyre szabott darabok állíthatók elő.

A technikák összehasonlításához és optimalizálásához hat különféle füldugó-mintát készítettek. 20 önkéntes fülét 3D-ben modellezték, a modelleket CAD-szoftverrel személyre szabták, majd három hagyományosabb gyártóeljárással és újabbakkal is megcsinálták. A szkeneket szintén többféle szkennerrel végezték, a nyomtatáshoz az Envisiontec Perfactory Micro gépét E-szilikon M anyagokat vettek igénybe, majd az utómunkálatok következtek.

Az egyik klasszikus módszerrel készült darab védte legjobban a fület, viszont a legkényelmetlenebb is volt. A digitális szkennelés viszont kevésbé jó darabokat eredményezett.

A holland Anouk Wipprecht évekkel ezelőtt a mára mainstream mantrává vált társadalmi távolságtartás (social distancing) jegyében alkot. Nem egészen abból a meggondolásból, mint most, és nem a hónapok óta belénk sulykolt szlogent böfögi vissza, hanem a másik oldalról, a személyes szféra sérthetetlensége, a privacy felől közelített a témához, s készítette el évekkel ezelőtt a mechanikus és „intelligens” printelt Pókruhát.

A Pókruha személyes terünk védelmét célozta, a legújabb Közelségruha (Proximity Dress) fizikai akadályokat generál, ha valaki viselője közvetlen környezetében tartózkodik.

Az ikeröltözékek a közelségre és a hőérzékelőkre reagálnak, amelyek jelzik, ha idegen tartózkodik a ruha viselőjének intim, személyes, közösségi és nyilvános terében. A ruhába nyomtatott robotikus csípőmechanizmust dolgoztak be, az áttetsző nyakrészbe szenzorokat integráltak.

A Proximity Dress remekül illusztrálja a 3D nyomtatótechnológiák használatát: a csípőmechanizmus szelektív lézeres szinterezéssel, és hogy minél jobban viselje a nyomást, nejlon P-11-ből, a funkcionalitás helyett az esztétikumot előtérbe helyező nyakrész a Stratasys Objet Connex 500 többanyagos polyjet gépén készült.

„Régóta nem terveztem magamnak ruhát, viszont egy kicsit elegem van azokból, akik nyilvános helyeken nem veszik figyelembe a jelenlegi távolságtartást, úgyhogy ezt az öltözéket megtartom” – jelentette ki a tervező.

A test körüli saját tér definícióját a távolságot az azt egy fából készült bot egységben meghatározó Edward T. Halltól vette, és a digitális világba mentette át. 2007 óta foglalkozik a témával.

A bonyolult számításokhoz a szenzorok adatait, valósidejű háttér-kalibrációt, hullámmozgásokat és zajmérő algoritmusokat használ. Az eredmények még akusztikus és elektromos zajforrásokat tartalmazó környezetben is működnek, azaz alkalmazhatók az emberi testre. Az érzékelők lehetővé teszik, hogy a ruha „lekövesse” környezetét. Láthatatlanul, a magánszféra megzavarása és videoanyag rögzítése nélkül működnek, megmarad a körülötte lévő személyek anonimitása.

A 2.0 a 2012-es prototípuson alapul, ugyanazt a csípőmechanizmust, illetve közelségmérő szenzort használja.

A görög Hellén Mediterrán Egyetem kutatói a PLA utáni második legnépszerűbb nyomtatószál, az Akrilnitril-butadién-sztirol (ismertebb nevén: ABS) mechanikus tulajdonságainak újrahasznosítás közbeni változásait vizsgálták. A teljes folyamatot szimulálva, az anyag hőmechanikai megmunkálására összpontosítottak.

FFF-technológiával printelt darabokat több mechanikai tesztnek vetettek alá, a hatásokat végül a folyamat összes stádiumának figyelembe vételével számszerűsítették.

A nyomtatóanyag ugyanolyan fontos, mint a gép, a kettő ideális szintézise nélküli nem készül hibátlan nyomat. A legnépszerűbb (FFF) printerekhez használt hőre lágyuló szálaknak káros környezeti következményei lehetnek, ráadásul többségük biológiailag nem bomlik le. Mivel az ABS sem, az újrahasznosítás a második legjobb alternatíva; lényeg, hogy amíg lehet, a szemétlerakóktól tartsuk távol az ebből a matériából készült és leselejtezésre ítélt darabokat.

Az újrahasznosíthatóság többféleképpen tesztelhető, a módszerekben egy közös van: minél több fázisban zajlik a reciklálás, annál inkább romlanak az ABS mechanikai tulajdonságai. Meg kell találni az újrahasznosító ciklusok száma és az óhajtott mechanikus tulajdonságok közti egyensúlyt.

A kutatók ezt tartották szem előtt, amikor tesztmintákat printeltek. Szakító- nyomás-, hajlítás- és ütésszilárdságukat, mikrokeménységüket vizsgálták, a maradék filamentet pedig újrahasznosították. Összesen hat ciklust valósítottak meg.

Az ötödikig kb. 30 százalékban javult a minőségük, utána viszont elkezdődött a vegyi bomlás, romlott a kvalitás. Összességében azonban kiderült, hogy az ABS újrahasznosítása környezeti és mechanikai szempontból is pozitív.

A koronavírus-járvány által elindított, még pontosabban: felpörgetett egyik legfontosabb trend a távmunka és vele együtt a távolból irányított 3D nyomtatás gyors terjedése. Mivel messziről is installálunk dolgokat, szükség esetén távsegítséget, támogatást nyújtunk.

Ahhoz, hogy 3D nyomtatócégek jobban megértsék a piaci keresletet, az izraeli 3D Alliances tanácsadócég és a többforrású kiterjesztett valóság (Augmented Reality, AR) ismeretplatformokat fejlesztő és szolgáltató Fieldbit közösen próbálnak segíteni nekik.

Az együttműködés keretében „intelligens távszolgáltatást” kínálnak, ipari 3D nyomtatókra vonatkozó tanácsokat adnak az érintett additív gyártóvállalatoknak.

A szakterület veteránjának számító Gil Lavi által alapított 3D Alliances 3D nyomtatócégeknek segít globális piaci tevékenységük, csatornáik és klienskörük bővítésében.

„Nagyon örülünk, hogy a Fieldbittel közösen dolgozunk” – jelentette ki az alapító-vezérigazgató.

Mivel az utazási lehetőségek most nagyon korlátozottak, 3DP vállalatoknak egyre gyakrabban kell távolról segíteni ügyfeleiket, szolgáltatásokat nyújtani nekik. Ezek a tevékenységek telefonon nem vagy nagy nehézségek árán abszolválhatók eredményesen, így „intelligensebb” és modernebb megoldások kellenek.

Ezek egyike az AR, amely Lavi szerint meghatározó szerepet fog játszani a professzionális távsegítség-nyújtásban. Meggyőződése, hogy a Fieldbit az ideális választás, kettejük együttműködésének eredményeként az érintett cégek megoldhatják kritikus problémáikat.

A Fieldbit interaktív együttműködést ajánl, szakértőkkel és digitális forrásokkal. Távszolgáltatásai között 3D nyomtatók telepítése, technikai és alkalmazásokra vonatkozó képzés is szerepel. Virtuálisan a föld bármely pontjára elmennek, a problémákat gyorsan megoldják.

Az additív gyártás iránt érdeklődők több oktatóanyag közül válogathatnak. A holland Addmio e-learning vállalat nemrég mutatta be első oktatóanyagát, az amerikai Munkavédelmi és -Biztonsági Nemzeti Intézet matériák munkahelyi és otthoni felhasználásáról publikált anyagokat.   

Az egyik legjelentősebb 3DP szoftverfejlesztő, a belga Materialise új tanácsadó szolgáltatást jelentett be. A prémiumkategóriás Mindware cégre szabott megoldásokat javasol a 3D nyomtatás implementálásáról. Segítségével az ügyfelek eredményesebb gyártóstratégiákat dolgoznak ki.

Additív gyártással szervezetek a fenntarthatóbb termékelőállítás mellett döntenek, megspórolva a kevésbé hatékony munkafolyamatok pluszkiadásait. A gyártás kívánság szerint (on-demand) történik, ha mérnökök megkapják az alapvető CAD tervezőszoftverekhez való hozzáférést, többszörös iteráción megy át az adott termék fejlesztése.

A technológiával az innovatív termékek rövid idő alatt piacra kerülnek, előállításukhoz nincs szükség a teljes gyártószalagra.

A Materialise tavalyi felméréséből kiderült, hogy a következő 5 évben a gyártók 50 százaléka tervezi a 3DP használatát, 41 százalékuk szerint viszont elterjedését a technikai szakértelem hiánya hátráltatja. Általános vélemény, hogy szükség lenne megbízható forrású kisokosokra.

A 3DP egyedi lehetőség a versenyelőny alacsony befektetési kockázat melletti kiharcolására vagy megtartására. Ehhez kell egy átfogó ismereteket adó és tárgyilagos forrás, amely segítséget nyújt a különféle technológiákban való eligazodásban, megmutatja, melyik milyen alkalmazásra jó, és objektív is, azaz segít a mindenkori célnak megfelelő optimális megoldás kiválasztásában.

A nagyjából 2 ezer személyt alkalmazó, három évtizedes múlttal rendelkező Materialise Mindware-je különböző területek specialistáival köti össze az ügyfeleket: kutatás-fejlesztés, tervezés és mérnöki kivitelezés, munkafolyamatok levezénylése. Iparágakhoz, például a légjármű és az orvosi szektorhoz szintén ad tanácsokat. A hardver és a szoftver a 3DP kritikus területei, a megfelelő szakismereteket viszont semmi nem képes helyettesíteni – mondta a Mindware-ről Bart van der Schueren főmérnök.

Additív gyártással, optimalizált terv alapján készült pehelykönnyű darabokkal, több iparágban váltak lehetővé új, környezetbarát munkafolyamatok. A technológia alaptermészeténél fogva, minimális anyagveszteséggel jár. Másrészt, figyelembe kell venni a gyártóeljárások ökológiai hatását, és át kell gondolni, hogyan változtathatók meg, minimalizálhatók.

Túl az iparon, 3DP és fenntarthatóság többféleképpen kapcsolódik egymáshoz. A 3D Printing Media Network ezekről a kapcsolódásokról készített összefoglalót.

A tengereket és óceánokat fenyegető egyik legnagyobb veszély a mérhetetlen mennyiségű műanyag-hulladék. A hulladék-újrahasznosítás sokat segíthet, szaporodnak az ilyen jellegű projektek, amelyekhez ma már egyre sűrűbben használnak 3D nyomtatást. A rotterdami The New Raw tervezőstúdió kagylóhéjakat és háztartási darabokat printel eldobált szintetikus halászhálókból, egy másik projekt pedig többmillió kilónyi hulladékot hasznosít 3D nyomtatókkal.

A klímakatasztrófa hosszú ideje fenyegeti a világ egyik legváltozatosabb ökoszisztémáját, a korallzátonyokat, és az utóbbi években sajnos felgyorsult a pusztulás. A 3D nyomtatás némi reményt csillantott fel. Egy melbourne-i kutatócsoport korallszerű szerkezeteket – mesterséges korallt – printelve igyekszik a természetesek növekedését gyorsítani. Mások bioprinting eljárásokkal is kísérleteznek.

Az építőipar, azon belül pedig a cement a környezetszennyezés egyik legfőbb felelőse. Ha a cementágazat ország lenne, csak Kína és az USA előzné meg a szomorú versenyben… Az anyag ennek ellenére és ezzel együtt társadalmunk a szó szoros értelmében vett alapja, 3D nyomtatással pedig környezetbarátabb változatai és a szállítási terheket kihagyó lokális megoldások is kikísérletezhetők. A területen az olasz WASP a legismertebb vállalkozás, egyik projektjükben agyagot alakítottak át építőanyaggá. A kaliforniai Emerging Objects pedig sáralapú matériát dolgozott ki, s használ építészeti és design-alkalmazásokhoz.

Környezetbarát nyomtatóanyagok fejlesztése a kortárs 3DP egyik legmarkánsabb trendje. Sok anyag, így a PLA is bioalapú, a legizgalmasabbak viszont le is bomlanak biológiailag. Több kutatás és kísérleti projekt tárgyai, az MIT-n például, Neri Oxman vezetésével vízalapú polimerkompozitokkal, fenntartható anyagökológiákkal foglalkoznak, a Torontói Egyetemen pedig használt McDonald’s főzőolajból csináltak 3D nyomtatáshoz lebomló műgyantát, kvázi hulladékot recikláltak. Sok nyomtatópor és filament szintén újrahasznosítható – optimális esetben mindegyik az lenne.

Sokat segíthet, ha az elképzelések alapján, a 3DP hamarosan tényleg körkörös gazdasággá (circular economy) válik.

A 3D nyomtatótechnológiák egyik legfontosabb szereplője, a 3D Systems bemutatta Geomagic Design X és a Geomagic Wrap 3D szkenfeldolgozó szoftvercsomagjai a munkamenetet áramvonalasabbá tevő, a szkenekből kiváló minőségű és nagyon pontos termékek létrehozásában rengeteget segítő új verzióit.

A szakterületen belül a 3D Systems rendelkezik a legnagyobb „fordított mérnöki tevékenység” (reverse engineering) szoftver portfolióval, több közülük kategóriájában a legjobb terméknek számít. A Geomagic a robusztus 3D szkenfeldolgozást és a CAD-tervezés funkcionalitását kombinálja egybe, a gyártóknak sokat segít a fejlesztési ciklus felgyorsításában.

Az új verziók az eddiginél sokkal gyorsabb és pontosabb munkamenetet garantálnak, csökkentik a műveletek teljes költségét, az azokat használó cégek könnyebben megőrizhetik versenyelőnyüket.

A Geomagic Design X 2020 széleskörben hasznos reverse engineering eszköztár. A munkaterület 2D jellege miatt CAD programban kifejezetten nehéz elforgatott 3D részek modellezése. Eddig főként a próba-hiba elve és módszere dominált, és a pontosságot gyakran feláldozták a funkcionalitás oltárán. A Design X új funkcióval, széleskörű 3D hálófeldolgozó eszközökkel oldja meg a problémát: a felhasználó „szétbontja” a hálót, kivonatolja a 2D szkeccset, elvégzi a szükséges módosításokat, az új szkeccset pedig 3D formába csomagolja vissza.

A 3D Systems szerint a nagyobb pontosság mellett 94 százalékos hatékonyság az eredmény. Az új szelektív felület megoldások leegyszerűsítik a CAD fájl szkennelt 3D hálóból történő hibrid modellezését.

A kereskedelmi forgalomba júliusban kerülő Geomagic Wrap 2021 a  szoftver azon funkcióján alapul, hogy a 3D szkenadatokat és importált fájlokat használható 3D modellekké alakítja át. A 3D Systems szerint kategóriájában az egyetlen automatizált (Python-alapú) szkriptelést használó szoftvercsomag. A friss változat textúra-térképek módosítását biztosító eszközei komoly minőség-, például színjavulást eredményeznek, komplex geometriákat is remekül kezelnek, így azokhoz nem kell külön program.

Mindkét Geomagic szoftver nagy kedvezménnyel rendelhető csomagban a piacvezető, professzionális kézi 3D szkenner gyártó termékeivel, az Artec 3D szkennerekkel.

A Covid-19 világjárvánnyá nyilvánítását követően, az Egyesült Államok nemzeti additívgyártás-intézménye, a más szövetségi ügynökségekkel, szervezetekkel együttműködő America Makes elkezdte koordinálni a védekezésben segédkező 3DP projekteket.

Miközben felpörgött a munka, kijárta a printelt védőfelszerelések és más hasznos eszközök gyors tesztelését, hitelesítését.

E tevékenyégek részeként hirdették meg a Passzol az arcra maszktervező-versenyt. A koronavírus-járvány elleni legfontosabb védőeszköz, az arcmaszkok optimalizálását akarták elérni vele.

Az America Makes nemrég jelentette be a győzteseket – két tervet, az egyiket az Alliance PCB Solutions, a másikat a legendás pittsburghi Carnegie Mellon Egyetem (CMU) jegyzi. A döntőbizottság két másik tervet, a Szabványügyi és Technológiai Nemzeti Intézet és a Re:3D Inc. álarcát külön dicséretben részesítette.

A különféle együttműködésekkel és magával a versennyel is elégedettek. John Wilczynski, a szervezet vezérigazgatója kiemelte a tervek magas színvonalát, a rövid idő alatti remek teljesítményt, és a maszkok (a kezdetiekhez képest) jelentős minőségjavulását.

„A verseny tényleg megmutatta az additív gyártóközösség figyelemre méltóan innovatív természetét” – hangsúlyozta Wilczynski.

A résztvevőket arra kérték, hogy a maszk és az arc kapcsolatára találjanak ki ideális megoldásokat, hogy az arcunkra simuló tárggyal való folyamatos kapcsolatunk a lehetőségekhez képest, a legtermészetesebb legyen, minél hamarabb szokjuk meg. Az egyik egészségügyi szervezet öt digitális fejformához mellékelt adatsorokat. A versenyzőknek gyártási, gyárthatósági és összeszerelési tanácsokat is adtak.

Az America Makes kiemelte az Autodesk, az Az ASME és a Siemens segítségét, ők az elbírálásban vettek részt, a tervezőket pedig további maszkok kidolgozására buzdította.

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…