FREEDEE BLOG

A koronavírus-járvány, sok más technológiához hasonlóan, a 3D nyomtatásra is komoly hatással van. A 3DP fontos szerepet játszik az epidémia elleni harcban, maszkoktól kezdve lélegeztetőgép-részekig, szinte mindent printelnek, aminek az egészségügyben hasznát vehetik.

A belgiumi Materialise, a földkerekség egyik legismertebb 3DP szolgáltatója, kapukilincshez tervezett a kontakt nélküli fogást lehetővé tevő kiegészítő darabot.

A nyomat rendeltetése természetesen a fertőzés megakadályozása. Nap, mint nap hozzáérünk házunk, lakásunk kapujához. Kézzel fogjuk meg, és ez „békeidőben” teljesen normális, világjárvány idején viszont pont az ilyen darabok válnak könnyen vírusgócokká, az egyik legvalószínűbb „vírus-továbbadó” tárggyá.

Egy nap alatt sokan nyúlnak hozzájuk, kerülnek fizikai kapcsolatba velük. Közterületen, például irodákban vagy kórházakban pedig értelemszerűen sokkal többen, mint a lakásokban. A mikróbák a tenyerünkre, ujjbegyünkre stb. kerülnek.

A printelt kiegészítő pont ezt akadályozza meg. Csuklónk köré tesszük, a kilincshez passzintjuk, és az, a testrésszel érintés nélkül kapcsolatba lépve, máris nyitja az ajtót.

A Materialise a fájlt ingyen elérhetővé, bárki által letölthetővé tette. A kiegészítő összeszerelése két lépésből áll, négy csavar és négy anyacsavar kell hozzá.

Viszont sokan vannak, akiknek nincs választásuk, mert mindenképpen kilincshez kell nyúlniuk. Egy, sebészi 3D nyomtatásra szakosodott szaúd-arábiai orvos, Moath Abuaysha rájuk gondolva tervezett printelhető dupla csuklócsatot. Azzal tudják megtartani a fertőtlenítő folyadékot.

Az új-zélandi Auckland Egyetem két mérnöke részben 3D nyomtatott robot léghaj tervezéséről és építéséről írt egy tanulmányban. Az olcsón előállítható, nyílt forrású szerkezetet belső terekben, elsősorban oktatási és kutatási célokra szánják.

Beltérben működő mini légi járműveknél a biztonság és a fogyasztás a legfontosabb szempontok. A kutatók hamar rájöttek, hogy vezeték nélküli repülők működése a tér- és kapacitáshiány miatt korlátozott, és ezért döntöttek a levegőnél is könnyebb léghajó mellett.

Léghajójuk a nagyon gyors rotorok hiánya miatt viszonylag lassan közlekedik. Így viszont minimálisra csökken az esélye, hogy valamivel összeütközzön, vagy megsebesítsen valakit. (Például ebből a megfontolásból nincsenek rajta élek, semmi sem éles.)

Első lépésben a megfelelő töltő gázt választották ki, mégpedig a héliumot előnyben részesítették a hidrogénnel és a meleg levegővel szemben. Alacsony sűrűsége és a reaktivitás hiánya miatt döntöttek mellette, pontosan ezek a tulajdonságok miatt számít biztonságosnak és hatékonynak. De mivel nem hasznosítható újra, a helyes burkolóanyag kiválasztása nagyon fontos szempontnak bizonyult. A gépnek kifizetődőnek és környezetbarátnak kellett lennie.

Mechanikus és a héliumot „megtartó” tulajdonságaik miatt több anyagot teszteltek, értékeltek ki – különféle latexeket, fóliákat stb. vizsgáltak behatóan. A paramétereket 16 napon keresztül minden nap mérték. Végül magas szakítószilárdsága, alacsony ára és egyéb pozitív adottságai miatt a mikrofóliát választották.

Az utolsó szakaszt a gondolaszerű rész 3D nyomtatótechnológiával történő elkészítése jelentette, amibe Raspberry Pi Zero W miniszámítógépet, motorvezérlőt, motorokat, feszültség-szabályozót, három propellert és kamerát integráltak. A gondolát végül nagyon erős kötőanyaggal a mikrofólia keret aljához rögzítették.

Mivel a  design nyílt forrású, személyre szabható, egyedi ízlés szerint módosítható, optimalizálható. Diákok CAD és prototípuskészítő tehetségüket tesztelhetik rajta.

Az utóbbi években több nyílt forrású programot stb. fejlesztő csoport járult hozzá a 3D nyomtatás fejlődéséhez. Az OctoPrint szoftverplatformmal például távolról irányíthatjuk, figyelhetjük a nyomtatást.

A nyílt forráskódú közösség legújabb ajándéka a 3D nyomtatás világának egy, a printelés közbeni hibákat detektáló és a munkafolyamatot automatikusan leállító mesterségesintelligencia-alapú szoftver.

A Spagetti Detektív (TSD) vagy a printer webkameráját, vagy otthoni számítógépet használva veszi észre, hogy a nyomtatás mikor téved rossz vágányra, és a gép úgynevezett spagettiket kezd el extrudálni. A szoftver ekkor állítja le a printelést, majd vagy e-mailen, vagy szöveges üzenet formájában értesíti a felhasználót.

Ha egy printeren használjuk, akkor a TSD ingyen letölthető. Tízmásodpercenként ellenőriz.

Ha akarjuk, előfizethetünk Pro változatra, amellyel egyszerre több gépet monitorozhatunk, és a másodpercenkénti képkocka-ráta 25. A Pro szolgáltatás havi 4 dollárral kezdődik, minden plusz printer 2 dollár, és maximum 5 lehet belőlük.

Az MI (mesterséges intelligencia) a YOLO nevű mélytanulás (deep learning) algoritmuson alapul. A Kenneth Jiang által vezetett fejlesztőcsoport eredetileg „dobozokkal” jelölte meg azokat a képeket, ahol a gép spagettit extrudált. Az elrontott nyomatokról készült képeket betáplálták a YOLO algoritmusba, azokkal tanították meg a hibafelismerésre.

Sok ciklust követően, az algoritmus meg is tanulta, hogyan detektálja magától, ha „spagetti van a képen.” Ma már képdobozokat jelenít meg, ha úgy érzi, hogy itt és itt elakadt, elromlott a nyomat.

Egyre magabiztosabban teszi.

Az ilyen jellegű programok átlagosan 6,9 százalékos pontatlansági rátával dolgoznak, azaz minden 100 nyomat esetében 6,9-nél nem veszik észre a hibázás pillanatát, vagy hamis pozitívokat detektálnak. A TSD csapat minden megtesz azért, hogy a következő hónapokban 2 százalék vagy az alatt legyen a mutató.

Előtte is tudtuk, de a koronavírus-járvány kezdete óta egyértelművé vált: az egész világon kevés a lélegeztetőgép. A nemzetközi 3D nyomtatóközösség a kezdetek óta aktívan részt vesz a betegség elleni küzdelemben, védőmaszkoktól kezdve sok hasznos tárgyat printelnek.

Legújabb orvosi eszközük az amerikai hadsereg 1965-ös tervrajza alapján készült sürgősségi szellőztetőrendszer, magyarán lélegeztetőgép.

A készüléket a több mint 12 ezer önkéntesből álló, a Covid-19-ben megbetegedett személyeken segíteni hivatott Helpful Engineering mérnökei, terméktervezői és egészségügyi dolgozói hozták létre, és tesztelték is. A szervezet további önkéntesek közreműködését kéri, hogy vegyenek részt a projektben.

Az ARMEE (Automatic Respiration Management Exclusively for Emergencies, kizárólag sürgősségi automatikus légzéskezelés) két, egymásra fektetett műanyaglapból áll, az oxigént a beteg tüdőjébe juttató csatornákkal. Az eredeti prototípust az amerikai hadsereg tesztelte 1965-ben. A szerkezet a lélegeztetőgépnek ugyan csak egy, de a legfontosabb része, és pont az a rész, amelyből világszinten nagy a hiány, és amely iránt óriási a kereslet.

Ez a darab, egy egyedi oszcillátor, rezgésgerjesztő határozza meg a be- és a kilégzés időzítését, a kettő közötti átkapcsolást. Semmiféle elektronikus alkatrészt nem tartalmaz, mechanikus szerkezet. Miután a be- és kilégzési arányt és más paramétereket kalibráltak rajta, teljesen autonóm módban működik.

A belégzési nyomás – hogy milyen erővel nyomják az oxigént a beteg tüdőjébe – az egyetlen módosítható paraméter. A felhasználók manuálisan is beállíthatják, máskülönben teljes mértékben az ARMEE vezérli.

Az eszközt ugyan 3D nyomtatásra tervezték, de elég egyszerű ahhoz, hogy egy fröccsöntéssel foglalkozó üzem napi 10 ezer darabnál többet legyártson belőle. Fémgyártó rendszerrel hasonló eredmény érhető el, és pontosan az egyszerűség és a könnyen gyárthatóság nagyon fontos szempontok, mert még fejletlenebb országok korlátozott kapacitású üzemeiben is elkészíthetők.

A szervezet a tesztekre és a hitelesítésre szükséges összegekhez adománygyűjtést kezdett. Ha a tervezettnél több pénz gyűlik össze, a pluszt újabb lélegeztetőgépekre és orvosi műszerekre használják fel.

Brit kutatók olcsó „többszörös bemenet, többszörös kimenet” (Multiple Input Multiple Output, MIMO) antennák nyomtatását tervezik 5G kommunikációs rendszerekhez.

A javasolt MIMO-k a sugarakat több irányba juttatják el, így biztosítva fázisváltók nélkül is a folyamatos valósidejű lefedettséget. Külön pozitívum, hogy a 4 Ghz-et meghaladó szélessávú teljesítményükkel a 28 GHz-es 5G sávban is működőképesek.

A kutatók megállapították, hogy printelt antennáik olcsó választást jelentenek 5G-s és milliméterhullámú alkalmazásokhoz. Ez pedig egyértelműen a 3DP-nek köszönhető. A technológia komplex tervezési lehetőségeket is jelent, az antenna sugárzása módosítható, és jobban is irányítható.

A munkát a jelenleg a legtöbb országban küszöbön álló 5G szabvány-implementálás áttekintésével kezdték. Tanulmányukban ezt követően magyarázták el, hogy a 3D nyomtatás mennyire hatékony gyártóeljárás antennák tervezéséhez. Az eddigi tapasztalat, hogy változatos alkalmazásokhoz printeltek a mikrohullámtól a THz-szintig különféle frekvenciákon működő antennákat.

„A 3D nyomtatás antennagyártásra történő használata több előnnyel jár, például olcsón dolgozhatók ki összetett formák” – írják tanulmányukban, majd példákat is említenek.

Az Európai Űrügynökség, az ESA a PROBA-3 űrmisszióhoz használta a spanyol SENER technológiai csoport és a Fejlett Légitechnológiai Központ (CATEC) printelt antennáit.

Az amerikai Delaware Egyetem kutatói szintén 5G antennák fejlesztéséhez alkalmazzák az additív gyártótechnológiát, egész pontosan az XJet Carmel 1400 rendszert.

Az arizonai Lunewave radar- és antennagyártó startup saját technológiával dolgoz ki speciális antennákat.

Maga a nyomtatási folyamat két részből áll: az első a tényleges 3D printelés, a második a nyomat fémmel való bevonása. Utóbbihoz szintén olcsó technikákat javasolnak, mert hatékonyabb a használatuk.

A világ első nyomtatott biztonsági kulcsa a svájci UrbanAlps vállalat nevéhez fűződik. A biztonsági termékeket előállító cég nemrég újabb meglepetéssel állt elő: a brand-et ezentúl a híres svájci labdarúgó, az Arsenal és a Juventus egykori, az FC Augsburg jelenlegi jobbhátvédje, jobboldali futója, focizsargonban jobb bunkója, Stephan Lichsteiner fogja képviselni, ő lesz az innovatív megoldásairól ismert vállalat „nagykövete.” (Elsősorban a Juventustól ismerhetjük, 2011 és 2018 között állt az olasz klub alkalmazásában.)

Nyomtatott kulcsuk, belső biztonsági mechanizmusa miatt engedély nélkül nem másolható. Sem fröccsöntéssel, sem szkenneléssel nem működik a hamisítás, meglévő ajtókhoz és zárokhoz viszont áttervezhető. Minden egyes kulcs „személyre szabott”, egyedi darab.

„Okostelefonnal és olcsó 3D nyomtatóval manapság a legtöbb kulcsot bárki le tudja másolni. Emiatt a legtöbb zár nem biztonságos, és ha azt mondjuk, hogy ez egy probléma, alábecsültük a súlyát. Az UrbanAlps a világ legbiztonságosabb mechanikus kulcsát fejlesztette. Úgy érte el, hogy az összes biztonsági kódot a kulcs belsejébe rejtette, kamerák és szkennerek számára láthatatlanok. Egyszerű, elegáns, kézzel fogható termék. Tetszik. Forradalmasítja a mindannyiunk által hordott hétköznapi tárgyat. A fejlesztőcsapat szaktudásával, hozzáállásukkal, innovatív megközelítésükkel és diszruptív termékükkel komoly hatással van rám” – nyilatkozta a szakmájánál fogva a védekezésben igencsak jártás labdarúgó. Egy másik focihasonlat: a „svájci retesz” hazájában vagyunk.

A kulcs egyéni és vállalati szinten egyaránt tökéletes. Lichsteiner kiemelte, hogy a cégvezetők is megnyugodhatnak, mert így egyik alkalmazottjuk kulcsát sem tudják illetéktelenek lemásolni. Hozzátette, hogy a biztonságban soha nem fogadott el kompromisszumokat, és másoknak sem kellene.

A cégről és szuperkulcsukról 2017-ben hallott először.

„El vagyunk ragadtatva, hogy velünk van. Stephanban és a kulcsban sok a közös vonás: remekül védekeznek, a svájci precizitás, minőség és megbízhatóság jellemzi őket. Tényleg összepasszolnak” – jelentette ki Alejandro Ojeda, az UrbanAlps vezérigazgatója.

A Massachusetts Institute of Technology, a világhírű MIT Médialaboatórium Hiroshi Ishii vezette Tapintható Média Csoportja Thom Kubli berlini képző- és hangművésszel a gravitáció törvényét „kihívó” ultrakönnyű lebegő szobrokat nyomtat.

A projekt a felsőoktatási intézményben vendégművészként dolgozó Kubli „spekulatív” gépek iránti vonzódásán alapul. E szerkezetek lényege, hogy működésüket inkább metafizikai értékek, és nem hasznossági szempontok határozzák meg.

Pár évvel ezelőtti „Feketelyuk horizont” munkájában három fekete duda buborékfolyamokat bocsátott ki magából. Miközben folyékony szappant alakítottak át buborékokká, rezgésük hirtelen 3D buborékformákká változott. MIT-s tudósok a 2016-os Ars Electronicán látták, és Ishii meghívta kutatócsoportjába.

Jelenleg különleges 3D nyomtatót fejlesztenek. A géppel pehelykönnyű szobrokat állítanak elő, amelyek nyomtatás után lebegni kezdenek. A „lebegő koreográfiában” gondolkodó Kubli a szobrokat hőáramlatokba igyekszik terelni, „álomszerű mozgással” repkednek, majd landolnak a földön.

„Létrehozhatók-e új geometriájú és új tulajdonságokkal rendelkező lebegő dolgok, és ha igen, milyen technológiával?” – tette fel a kérdést az alkotói folyamat előtt Kubli, majd különféle gyártási eljárásokat modelleztek, prototípusokat készítettek, többfajta anyagot, például cukrot, üveget, aerogélt teszteltek.

Arra a következtetésre jutottak, hogy az ideális anyag a hélium megkötéséhez elég vékony és könnyű, viszonylag komplex 3D szerkezetek létrehozásához viszont elég erős. A projektre úgy gondolnak, hogy a kulturális és technológiai vívmányok egyfajta légi archívumaként működhet a jövőben. Az ok: a formákat (többek között) űrhajók, műholdak, okostelefonok, a modern építészet és a kortárs szobrászat ihlette meg.

„Az MIT-n nagyon tudományos, analitikus és pragmatikus munkákat készítünk. Viszont hiszek a közönség inspirálása szempontjából kritikus művészi, a poétikus oldalukban is” – jelentette ki Ishii a Keringésnek (Orbiting) elnevezett projektről.

Az alkotás csodás, a súlytalanságban és repülés közbeni érzetet hivatott felkelteni, kérdéseket generálni róla. A csoport újfajta tárgyakról beszél – a Lebegőket hegyes élekkel, lapos részekkel és kifinomult részletekkel tervezték. A nagyon könnyű anyag és a speciális 3D nyomtatótechnika miatt valósulhatott meg.

Egyelőre a kezdetnél tartanak, printelt lebegő tárgyaikról a következő években tudhatunk meg többet.

Amerikai és német kutatók az egyik legagresszívebb agytumor tanulmányozásához dolgoztak ki 3D bionyomtatott modellt és képalkotó platformot. A printelt agyszerkezetekkel orvosok jobban megérthetik a daganat növekedését, és egyben felgyorsíthatja a kezeléséhez használt új gyógyszerek kidolgozását.

Az érrendszerrel kiegészített nyomatok emberi agysejtekből és bioanyagokból készültek. A 3D képalkotó technológia a szövetek beavatkozás nélküli (nem invazív) vizsgálatát biztosítja.

A tumor tanulmányozása azért is problémás, mert igazából nem látható jól, hogy mi is történik. Az új megoldásokkal viszont igen, sokkal jobban és nagyon gyorsan követhetők a sejtek sugárzásra és kemoterápiára adott reakciói.

A kutatók azt is megállapították, hogy egyes gyógyszerek 2D-s modelleken megölik a rákot, a 3D bionyomtatással készülteken viszont nyomon követhető, hogyan nő vissza a daganat. Ezzel a módszerrel idejekorán kiszűrhetők a nem hatékony gyógyszerek, és garantálható, hogy csak a legígéretesebbek jutnak el állati, majd embereken végzett tesztekig.

Nyomtatott tumormodellek korábban is készültek, és kiderült róluk: hasznos eszközök a betegség vizsgálatához, kezeléséhez. A pontos megfigyeléssel a rák jobban megérthető, a műtéti beavatkozás alaposabban megtervezhető.

Idén a brit 3DLifePrints orvosi technológiai vállalat agymodelljét használva, sebészek sikeresen eltávolították egy hatéves kislány rákos sejtjeit. A nyomat pontosan az előkészítésnél játszott kulcsszerepet, nélküle kisebb esély lett volna a biztonságos és hatékony beavatkozásra.

Tavaly egy dél-koreai kutatócsoport egy, a ráktumor karakterjegyeit teljes mértékben utánzó ex vivo (emuláló) modellt printelt. A nyomtatáshoz betegek sejtjeit is felhasználták.

Egy lengyel fejlesztő, Przemyslaw Stachura nyomtatott adaptert tervezett DAR szűrőkhöz, amellyel 3M maszkok személyes védőfelszereléssé alakíthatók át. A szabadon letölthető modellre Lengyelország és más országok mentősei egyaránt felfigyeltek.

Le szeretnék tesztelni, majd használnák is.

Azért van szükség ilyen adapterek gyártására, mert hiány van a 3M maszkokkal kompatibilis és hitelesített szűrőkből. Mentők biztonságát miatt gyorsan kellett valamilyen működő megoldást találni, hogy védelmet nyújtson a potenciálisan fertőzött személyekkel kapcsolatba kerülő egészségügyi dolgozókkal.

Stachura online listát készített az adaptert kereső és gyártó személyek és cégek számára.

A mentősök főként fertőző betegségek elleni szűrőkkel felszerelt, általános maszkokat hordanak. A szűrőket ugyanazok a maszkgyártók készítik, munka közben speciális irányelvek szerint járnak el.

A jelenlegi helyzetben a szűrők vagy hiánycikké váltak, vagy nagyon megdrágultak, míg a maszkok általában beszerezhetők. A szellőztetők beszívó és kieresztő kapuihoz használt DAR szűrők viszont még kaphatók.

Lukasz Jackowiak, varsói mentős állt elő az ötlettel, hogy a beszerezhető maszkokat a szintén beszerezhető DAR szűrőkkel összekapcsoló speciális adapterre lenne szükség.

„Hallotta, hogy Olaszországban sok hiányzó orvosi műszert, műszer-alkatrészt 3D nyomtatással készítettek el. Ezért keresett fel. Mindössze néhány óra alatt megterveztük és sikeresen kinyomtattuk a modellt” – magyarázza Stachura.

Mivel az átlagmaszkok nem védik eléggé a mentősöket a koronavírus ellen, létfontosságú, hogy a maszk tökéletesen tapadjon az arcra. Az újat két napig használták, semmiféle probléma nem merült fel vele, egyelőre viszont nem tudni, hány napig viselhető.

Megvizsgálták, hogy az adapter akadályozza-e a levegő mozgását, nehéz-e rajta keresztül lélegezni. A mentősökön végzett tesztek sikeresnek bizonyultak, Jackowiak teljes csapata hordja is már az új adapterrel működő maszkot.

A Harvardi Sémi Múzeum egyik csoportja egy átfogóbb projekt részeként, 3D szkensorozatot készített három ókori egyiptomi szarkofágról. A szkenek a SketchFab 3D modellezőplatformon tekinthetők meg. A projekt célja az ókori Egyiptom műtárgyainak digitalizálása, civilizációjának tanulmányozása és megismertetése.

A szkeneket januárban végezték, a digitalizálással egy hét alatt készültek el. A három sír a karmaki Amon-Ré templom három tagjának a maradványait tartalmazza: egy papét (Padimut), Ank-konszu kapuőrét és Mutijij énekesnőét. Mindhárom szarkofág a Krisztus előtt 945 és 712 közötti évekből („harmadik köztes periódus”) maradt fenn.

Régóta a múzeum gyűjteményéhez tartoztak, a 3D szkenneléssel viszont új lehetőségek nyíltak meg behatóbb vizsgálatukra.

A munkához Artec Leo szkennert használtak (a gépet Magyarországon a FreeDee Printing Solutions forgalmazza), a fotogrammetriára alkalmas nagyfelbontású fényképekhez pedig Sony RX100 VI kamerával dolgoztak. A szarkofágoknak nemcsak a külsejét, hanem a belsejét is leszkennelhették, múmiák nélkül. A koporsókat évtizedekig nem nyitották fel, így belsejük feltárása különleges élményt jelentett a kutatóknak.

3D szkennelés és fotogrammetria mellett hagyományosabb folyamatokat is alkalmaztak: fényképezést, méréseket, fa-mintavételt, pigment- és üledékelemzést. A legnagyobb kihívást azonban a közel 3 ezer éves, törékeny és nehéz szarkofágok szakszerű kezelése jelentette.

12 specialista naponta dokumentált mindent, mintákat vettek, az egész munkát gondosan megkoreografálták.

A 3D szkennelés és a fotogrammetria után az indianai Bloomington Egyetem kutatói Zbrush, 3DS Max, xNormal és Agisoft Matesphere programokkal készítették el a koporsók 3D modelljeit. A modelleket úgy animálták, hogy a nézők láthassák a belsejüket is.

A múzeum interaktív kiállítást is tervez, appal, pluszinformációkkal (hieroglifák fordítása, koporsókon látható jelenetek magyarázata stb.). Később kiterjesztettvalóság-alkalmazások is várhatók.