FREEDEE BLOG

A 3DP egyik legfontosabb folyamata a nyomatok printelést követő utófeldolgozása. A terület egyik specialistája – forradalmasítója –, a brit Additive Manufacturing Technologies (AMT) komoly befektetői támogatást kapott automatizált megoldása kereskedelmi forgalmazására.

„Újabb fontos lépés az AMT az anyag kiválasztásától az utolsó simításokig, mindent lefedő integrált digitális gyártórendszerre vonatkozó elképzelésének valóra váltása felé” – nyilatkozta Joseph Crabtree, a 2017-ben alapított cég vezérigazgatója, és hozzátette: szakterületükön világelsővé kívánnak válni, minél több ügyfelüket szeretnék segíteni munkafolyamataik gördülékenyebbé tételében.

A sheffieldi székhelyű vállalatnak Magyarországon is van gyártóüzeme, észak-amerikai központja pedig a texasi Austinban található.

Az utófeldolgozás automatizálása több szempontból fontos.

Egyrészt a manuális gyakorlat sokkal többe kerül. Aprólékos tisztító, fényező és más tevékenységekre van szükség, amelyek velejárója egy újabb szempont: az ember gyakrabban hibázik, mint egy automatizált rendszer. A gyorsaság szintén komoly érv az automatizálás mellett.

A Sheffieldi Egyetem Fejlett Additív Gyártás Központjában kidolgozott, majd szabadalmaztatott Határréteg Automatizált Simítási Technológiát (BLAST) először a 2018 szeptemberében beindított, több polimeralapú megoldással (porágyas fúzió, a HP multijet fúziója, nagysebességű szinterezés, FDM/FFF) kompatibilis PostPro3D rendszerrel szemléltették.

Azóta két másik rendszert, a PostPro3DColort és a PostPro3DMinit is bemutatták. Az előbbi egyetlen lépésben tesz simává és színez printelt részeket, a másik pedig az eredeti miniatürizált változata.

Az új befektetésekkel technológiáik eladását kívánják felgyorsítani, illetve el akarják készíteni a portalanítástól a felületek módosításáig és a színezésig az összes (eddig) manuálisan végzett utófeldolgozó lépést automatizáló Digitális Gyártórendszerük kereskedelmileg forgalmazható változatát.

A 3D nyomtatás és más fejlett technológiák lehetővé teszik termékek helyben történő előállítását; komoly szállítási stb. költségek spórolhatók meg vele; könnyebb a hozzáférés, gyorsabb a termelés.

A digitális gyártás a következő ipari forradalom egyik alappillére, amely nemcsak a világ vezető gazdaságaiban, de kifejezetten szegény régiókban is komoly változásokat hozhat.

Benjamin Lyle Savonen, a Pennsylvaniai Állami Egyetem kutatója tanulmányt írt az úgynevezett „Lokalizált gyártás 3D nyomtatással” (Localized manufacturing with 3D printing, LM3D) jelenségről, amelyben külön hangsúlyt fektetett a technológia elmaradott térségekben, humanitárius vészhelyzetben történő használatára. Egy speciális esetet is vizsgált: a 3DP-t a nyugat kenyai oktatási rendszerben.

A kutató korábban ENSZ békefenntartókkal dolgozott együtt Tanzániában, tudomány-oktatással, egészségüggyel és vízellátással kapcsolatos projektekben vett részt. A projekteket végül azért nem tudták befejezni, mert nem fértek hozzá különböző eszközökhöz.

Az Egyesült Államokba visszatérve, Savonen felismerte a 3D nyomtatás jelentőségét, és humanitárius feladatokat végző személyekkel, illetve alacsony jövedelmű közösségekkel kezdett el dolgozni. Behatóan tanulmányozták, hogy a 3DP hogyan integrálható az illetők munkájába.

A kutató a technológiát nem tartja csodaszernek, viszont komoly gyártási potenciált lát benne. Sokat segíthet fejlődő országokban élő személyeknek, a művégtagoktól az orvosi műszerekig, a tiszta vízhez való hozzáférésig, több területen lehet komoly hasznukra.

Humanitárius válsághelyzet nélkül is profitálhatnak az azokra kitalált megoldásokból, és a 3DP, azon belül pedig az LM3D adaptálása komoly lehetőség a globális szegénység felszámolását célzó küzdelemben.

A technológiával nélkülözhetetlen, de sokszor nehezen beszerezhető dolgok állíthatók elő, illetve világtól elzárt területeken is lehetőséget ad az innovációra. A költségek és a szállítási idő csökkenése mellett a 3DP-nek ez a másik két komoly előnye fejlődő területeken – a speciális javakhoz való könnyebb hozzáférés, és a helyi tervezők helyzetbe hozása.

Egészségügyi rendszerekben, a 3DP a könnyebb adattovábbításban és működő termékek létrehozásában segít. Az érintettek jobban megismerhetnek termékeket, tanulmányozhatják a technológiai alapú döntések hatásait.

A SmarTech, 2019-es anyaga után, idén is felmérte az additív gyártás és az autó-/gépjárműipar kapcsolatát, jövőbeni együttműködéseket, trendeket.

Az anyaghoz kapcsolódik, hogy az abból kiinduló 3D Printing Media is áttekintette a lehetőségeket, és megállapította, hogy a gépjárműipar 2030 körül évi 10 milliárd dolláros üzletet jelenthet, és a számba a prototípuskészítés nem tartozik bele.

Minden jel és (főként) a legutóbbi előrejelzések, elemzések alapján a 3D nyomtatótechnológiákkal kivitelezett alkatrészgyártásban óriási további lehetőségek rejlenek. A terület a 3DP egyik első korai befogadójaként évek óta számos innovatív kezdeményezést jegyez, és ez a tendencia folytatódni fog.

A növekedés töretlen, üteme egyre gyorsabb.

A jelent a hardver uralja, lényegében az egész fejlődést vezérli, a bevételek több mint egyharmada erről a területről származik. A jövőben még több 3D nyomtatóra lesz szükség, és a printerek mindinkább megfelelnek a tömeges gyártás elvárásainak.

Szaporodnak a végfelhasználói darabok, valamint a kész részek és eszközök, szerszámok (öntőformák, sajtolók, szerelvények stb.) is, másrészt egyedibbek az összeszerelő módszerek.

A hardvergyártók egyelőre nagyon elégedettek lehetnek. De csak egy pontig, mert nehéz megjósolni, hogy például 10 év múlva az additív gyártás melyik területe generálja majd a legtöbb bevételt.

Néhány éve még alig beszélhettünk ilyesmiről, szinte csak a prototípuskészítés, illetve egyes szerszámok előállítása létezett. Ma már komoly értékteremtés történik, óriási jövőbeli lehetőségekkel.

A mind polimerekkel, mind fémekkel működő „hagyományos” additív gyártótechnológiával dolgozók (EOS, 3D Systems, Stratasys, SLM Solutions) a teljes folyamat automatizálásán munkálkodva, számos új folyamatot indítanak el, másrészt rengeteget javult az AM folyamatokat futtató szoftverek minősége. A „nagyágyúkra” növekvő nyomás nehezedik a feltörekvő új cégek (például a Carbon), vagy a 3DP-t korábban elhanyagoló infokom óriások, például a HP felől.

Az új vállalatok jelentősen hozzájárulnak gyorsabb, költséghatékonyabb folyamatokhoz, a tömeges gyártás előkészítéséhez.

A „titánok harca” meghatározza következő évtizedet is, és a harcból az alkalmazások csak jól jöhetnek ki. A vetélkedés pozitívuma még, hogy a nagy autógyártókat egyre komolyabb befektetésekre ösztönzi.       

A digitális kompozitgyártás (DCM) technológia mögött álló bostoni Fortify összeállt a német vegyianyag-gyártó óriáscéggel, az 1976-ban alapított, 3DP-vel (nyomtatóanyagokkal) 2016 óta foglalkozó Henkellel. Az együttműködés célja optimalizált, ipari minőségű részek 3D nyomtatása.

A DCM technológiát a Henkel műgyantájának és megerősített szálaknak az összekeverésével igyekeznek még hatékonyabbá tenni. A nagyon erős új mix változatos darabok, például öntőformák printelésére alkalmas.

„Új alkalmazások felfedezésével, fejlesztői csapatunk gyorsan igyekszik minősíteni és hitelesíteni azokat. Portfoliónkban anyagok széles köre található meg, és el vagyunk kötelezve ismereteink és technológiánk bővítése iránt. A fogyasztóinkkal és vállalatokkal, például a Fortify-jal való együttműködéssel az additív gyártás növekedéséhez akarunk hozzájárulni” – nyilatkozta a Henkel 3DP Innováció részlegét vezető Ken Kisner.

A Fortify szerint az anyagban lévő megerősített szálaknak köszönhetően az öntőformák 20-100 százalékkal erősebbek, masszívabbak stb. A Henkellel való együttműködéstől azt várják, hogy a nyomtatott darabok minősége is ilyen mértékben javuljon.

Ehhez a hagyományos fém munkaeszközök nyomtatottakkal történő cseréje kell, amelyekkel aztán a gyártási idő és költségek is csökkenthetők. A Henkel műgyanta-kínálata megkönnyíti ezeknek a nyomatoknak az elkészítését.

„Részek prototípuskészítésekor és kisszériás gyártásakor a munkaeszközök előállítási ideje és költsége mindig korlátozó tényező. A Henkel műgyantájával készült öntőformáinkkal bebizonyosodott, hogy kivitelezhető ezeknek az eszközöknek a kisszériás gyártása” – magyarázza Carlos Delos Reyes, a Fortify társalapítója.

A cég tavasszal kezdi meg a Henkel tartós, magas hőmérsékletet jól tűrő műgyantájával a bétateszteket, amelyeket hamarosan végfelhasználói részek nyomtatása követhet.

A Melbourne-i Királyi Technológiai Intézet (RMIT) kutatói titánötvözetet rézzel kombináló új anyagot fejlesztettek. A munkában a Queensland Egyetem és az amerikai Ohiói Állami Egyetem is részt vett.

A fejlesztés oka, hogy meg akarják előzni a titán nyomtatás közbeni törését vagy torzulásait. Az anyag további remek minőségű ötvözetek kikísérletezését vetíti előre, alkalmazási területként főként orvosi műszerek és a légjárműipar jöhetnek szóba.

A titánötvözetek a 3D nyomtatóiparban széles körben elterjedtek. Gyakran használják őket lég- és gépjárműipari, illetve egészségügyi eszközök alkatrészeinek előállításához.

Csakhogy sajnos időnként eltörnek, eltorzulnak, megrepednek.

Az ok a fúziós fémnyomtatótechnológia magas hőtermelése, hűtési folyamatai. Az ezek következtében megjelenő mikroszerkezetek hatására a titánötvözetek együtt hűlnek le, és oszlopszerű, viszonylag hamar és könnyen károsodó kristályokká állnak össze.

Egyelőre kereskedelmi forgalomban sajnos nincs a titándarabkákat, az anyag mikroszerkezeteit feldolgozó, azaz a bonyodalmak megelőzésére használható eszköz.

Az RMIT ezért javasolja a titánötvözet és a réz összekombinálását. A rézről köztudott, hogy nehezen nyomtatható, de több cégnek sikerült 3DP-re tökéletes rézváltozatokat fejleszteni. Az RMIT új anyaga kiváló hűlési adottságokkal rendelkezik, amellyel kiküszöbölhetők a printelés közben jelentkező negatív hatások.

A kutatók megállapították, hogy az ötvözettel készült nyomatok kivételes tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyekhez semmiféle külön folyamatirányítás vagy utókezelés nem szükséges. A kristályszemcsék mindenféle irányban növekednek, erősen összekapcsolódnak, és a legfontosabb: nem alakulnak ki belőlük törékeny oszlopok. Mikroszerkezetük garantálja, hogy nagyobb erőnek is ellenállnak, így pedig lényegesen kisebb a torzulások, törések és repedések kockázata.

A mesterséges intelligencia előnyeit a 3D nyomtatás ipari szinten csak megfelelő számítási kapacitás és a műveletek minél gyorsabb elvégzése mellett tudja jól kiaknázni – véli Brent Brunell, a GE Research additív gyártótechnológiai vezetője.

A kutató elmondta, hogy a GE printereiben, gyártófolyamataiban (és természetesen a végeredményben, azaz a termékekbe is) MI és más technológiáit, valamint anyagtudományi és ipari szakismeretét igyekszik hatékonyan összekombinálni.

„Gondoljunk bele, hogy egyetlen pici üzemanyag fúvóka nyomtatása 36 terabájt adatot generálhat. Ez a mennyiség háromszor több mint amennyi a Twitteren keletkezik egy nap alatt. És ezek az adatok egyáltalán nem egyértelműek” – magyarázza Brunell.

Rétegről rétegre bontva ugyanis kvázi fizikaleckéket jelenítenek meg, amelyek remekül szemléltetik például a közvetlen lézeres fémolvasztásnál (DMLM) figyelembe vett sok-sok tényezőt.

Ezeket a tényezőket, finom adatpontok tömegét nem ember, hanem a GE mesterségesintelligencia-algoritmusa vizsgálja, nélküle sokkal lassabban boldogulnának, ha boldogulnának egyáltalán.

Hogyan érintkezik a lézer a porággyal? Milyen interakciók alakulnak ki közöttük?

Ilyen és hasonló kérdéseket kell megválaszolni, amit aztán a valósidőnél 1000-szer, 20-szor lassabb, végül tényleges időben történő szimulálással (és a közben látható fizikai folyamatokkal: hőáramlással, elpárolgással, olvasztással, megszilárdulással stb.) próbálnak szemléltetni.

„Megmarad bennünk, hogy a DMLM az ezredrészre lassított szimulációban is mennyire gyors” – folytatja a kutató.

Az MI egyik rendeltetése, hogy jobban megértse és vezérelje a DMLM folyamatot, különben nem nő a termelékenység. Ha a számítások felgyorsulnak, a termelés is hatékonyabb.

A mesterséges intelligencia folyamatosan méri, számolgatja az ideális paramétereket. Leginkább arra lenne szükség, hogy mindezt tényleg valósidőben, a mai 2 kilohertz helyett kb. 20 kilohertzen tegye.

A Szitakötő (Dragonfly) nyomtatójáról és az azt megalapozó speciális technológiájáról ismert izraeli Nano Dimension a dél-koreai Chungbuk Technopark (CBTP) innovációs csomóponttal, többéves együttműködésben az elektronikai gyártófolyam-láncot igyekszik finomhangolni.

A közös munkából a helyi elektronikai ipar profitálhat, fogyasztói, szállítási, energetikai, egészségügyi és intelligens hálózati (dolgok internete, IoT) termékek várhatók.

A 3D nyomtatásba is komoly összegeket invesztáló dél-koreai kormány által támogatott nonprofit szervezet 15 éves tevékenységének az ipari és az akadémiai szereplők együttműködése a mozgatórugója, míg a 2014-ben alapított Nano Dimension a jelen egyik leginnovatívabb 3DP vállalata.

Beágyazott, többrétegű elektronikai darabok nyomtatásához kínálnak hardvert, szoftvert, anyagokat, szakértelmet.

Első közös termékük egy, a dolgok internetéhez kapcsolódó kommunikációs eszköz volt, de kondenzátort és egyéb kütyüket is jegyeznek már együtt. A technológia a miniatürizáció trendet követi, nagyon sok tér és tömeg spórolható vele.

„Folyamatosan dolgozunk ki izgalmas új alkalmazásokat, fogyasztóinknak az elektronikatervezés és -gyártás naprakész megoldásait kínáljuk. Fogyasztóinkkal és partnereinkkel együttműködve, a két fél szakértelmét összekombinálva alakítjuk ki az elektronikus termékek következőgenerációs additív gyártótechnológiáját” – nyilatkozta Amit Dror, a Nano Dimension vezérigazgatója.

Song I. Hun, a CBTP Félvezető IT Központ igazgatója szintén elégedett, szerinte az együttműködéssel még jobban fellendül az egyébként is a világ egyik élenjárójának számító dél-koreai fogyasztói elektronika szektor.

A német vegyipari óriás Evonik kockázati tőkés részlege 2018-ban befektetett a 3DP szoftverfejlesztő Castor Technologies startupba. Az ígéretes cég különleges platformot fejlesztett, amelyen felbecsülhető részek nyomtathatósága, kiválaszthatók a mindenkori aktuális célra legjobb anyagok, felmérhető a gyártás ideje és költsége.

Az Evonik továbblép. Túl a pénzügyi támogatáson és a 3DP iparágnak történő anyageladásokon, az ügyfelek szükségleteire és preferenciáira reagálva, anyagtudományi ismereteivel is támogatja a platformot.

A kockázati tőkés részleget vezető Bernhard Mohr különlegesnek tartja a Castor piaci szerepét. Véleménye szerint a startup rengeteget segít a technológia adaptálásával bajlódó vállalkozásoknak.

„A beruházás tökéletesen kiegészíti 3DP portfoliónkat és a világ egyik legaktívabb startup ökoszsisztémájába, az izraelibe történő befektetéseinket” – magyarázza Mohr.

A vegyipari nagyágyúkkal versengő Evonik átfogó stratégiát dolgozott ki 3D nyomtatásbeli szerepéről. 2018 februárjától, a keresletre reagálva, 50 százalékkal növeli egyik nyomtatópora, a sztereolitográfiára kitalált VESTOSNIT termékcsalád gyártását. Idén májusban bezártak egy üzemet, hogy a VESTOSNIT előállítására megfelelő másikra összpontosítsanak, miközben friss technológiák kialakításában, felfuttatásában is segédkeznek.

A koncepcióba tökéletesen passzol az ipari szoftvereket fejlesztő, azokat a 3DP ökoszisztémába ügyesen beillesztő Castor Technologies.

„A szoftverrel lehetővé vált a 3D nyomtatás kereskedelmi léptékű adaptációja” – magyarázza az Evonik additív gyártási innováció-növekedésért felelős csoportját vezető Thomas Große-Puppendahl.

A platform olyan jól funkcionál, hogy CAD szoftverek kiegészítőjeként tekintenek rá. Fejlesztői szerint a gyártók rajta keresztül lépnek be az ipari szintű additív gyártásba. Az Evonik nyomtatott polimerekre vonatkozó ismeretei a Castor anyagokat, anyagtulajdonságokat azonosító megoldásával összekombinálva, jelentősen javul a termékek minősége.

Az idei év végéig 50 új házat terveznek nyomtatni Mexikó földrengésektől és árvizektől veszélyeztetett egyik térségében, Tabasco államban. Faépületeket hivatottak helyettesíteni, mert természeti katasztrófáknak jobban ellenállnak.

Az építkezés tavaly kezdődött, a szegény mezőgazdasági környéken két házat nyomtattak egy óriásgépen. A munkálatokat a New Story nonprofit építőipari vállalat végzi.

„A legalacsonyabb jövedelmű családokról van szó, napi átlagban 3 dollárból élnek általában egyhelyiséges lakásokban, ahova sokszor hónapokon keresztül beesik az eső” – magyarázza Brett Hagler, a New Story társalapító-igazgatója.

2014-ben alapított cége lakásproblémákkal küszködő családokon segít. Latin-Amerikában és Mexikóban eddig több mint 2700 otthont építettek. Partnerük az építési technológiákkal foglalkozó, azokhoz robotizált 3D nyomtatóeszközöket fejlesztő austini (Texas) ICON. Egy másik nonprofit vállalkozás, az ÉCHALE a legrosszabb körülmények között élő családok azonosításában segít. A tervezésben maguk a családok is részt vesznek.

Az ICON több mint 10 méteres Vulcan II nyomtatója száradás közben megkeményedő, a klasszikus betonnál tartósabb betonkeverékkel dolgozik. A földrengésveszély miatt van szükség ennyire masszív építőanyagra.

A gép a falakat rétegről rétegre építi fel, egyszerre csak egy réteget. A New Story szakemberei kimutatták: 3DP-vel kétszer gyorsabban felhúznak egy házat, mintha hagyományos technológiákat használnának.

A 46,5 négyzetméteres lakások két hálószobából, egy nappaliból, fürdőszobából és konyhából állnak. Eddig még egy család sem költözött be, mert veszélyes lenne építési területen élniük.

A New Story nem árazza be az otthonokat. A családok bevételeik 20-30 százalékával járulnak hozzá, amit a cég azért tart fontosnak, mert így még inkább tulajdonosnak érzik magukat.

Az ICON elégedett az együttműködéssel, technológiájukat folyamatosan fejlesztik tovább. Meglátásuk szerint a Vulcan II most tízszer jobb, mint két éve. Közös tevékenységükkel jelentősen csökkennek az építkezési költségek, elvileg közelebb kerülünk a lakhatási problémák megoldásához.

Az amerikai és kínai felsőoktatási intézmények és laboratóriumok alkotta Szövetség az Additív Feldolgozó Technológiák Fejlesztéséért (ADAPT), egy nemzetközi anyagtudományi projekt hűtőrendszerek, például jégszekrények működését hatékonyabbá és környezetbarátabbá tevő, nyomtatható fémötvözetet dolgozott ki.

A nikkel-titánkeverék anyag emlékezik az alakjára, amely azért változik meg ismételten, hogy kipumpálja a hőt, a meleget a rendszerből.

Ezekkel az „alakemlékező” ötvözetekkel, anyagokkal általában az a baj, hogy néhány ciklus után csődöt mondanak. A kutatók 3D nyomtatást használva viszont úgy módosították a mikroszerkezetet, hogy többmillió ciklusra is alkalmas, és közben megőrzi hűtőkapacitását.

Ha elterjed, a technológia átalakíthatja a többmilliárd dolláros jégszekrény-, valamint a fűtő-, szellőző- és légkondicionáló szektort.

A technológia jelenlegi szabványa a még az 1800-as években kidolgozott gőzkompressziós hűtés. Sűrített folyékony hűtőanyaggal működik; a hideg keveréket nyomáscsökkentés után tekercsen vagy csövön keresztül vezetik el a párologtatóban. Ezt követően ventillátor biztosítja a levegő lehűlését.

A módszer működik és megbízható, viszont akadnak hátrányai. A sok hűtőfolyadék káros hatással van a Föld ózonrétegére, a légkörben maradva hozzájárulnak a globális felmelegedéshez. Alternatívaként szóba jöhet a nem szennyező ammónia, elvileg használható is lenne, viszont mérgező, és a hűtésnél bevett rézcsövekkel sem kompatibilis.

A kutatók a hűtőfolyadékok negatív hatásainak megszüntetésére kerestek alternatív megoldásokat. A hőhűtés az egyik, az e célra alkalmas anyagok fejlesztésére, ipari alkalmazásaikra az USA Energetikai Minisztériuma, az Ames Laboratórium és az Iowai Állami Egyetem külön konzorciumot alapított, a legújabb kutatások az ő eredményeiken alapulnak.

Hőhűtéshez háromféle technológiát használnak, amelyeket az anyagra gyakorolt nyomás fajtája (mágneses, stressz, elektromos) határoz meg. Fontos tulajdonságuk, hogy egyik sem termel gőzt.

Az új nikkel-titánötvözet a stressznyomás kategóriába tartozó anyag, nyomás hatására rendkívül jól, a többi vizsgált anyagnál sokkal jobban teljesített, és nem „fárad el.” Utóbbi adottsága azért fontos, mert ez teszi lehetővé, hogy több mint 1 millió cikluson keresztül azonos szinten teljesít.