FREEDEE BLOG

Az arizonai Arnatron 3D épületnyomtató vállalat szabadalmaztatta különleges technológiáját, megerősített cementből készülő épületelemek gyors szálhúzásos printelését.

A technológiával a cég túl akar lépni a hagyományos építőipar korlátjain. Megoldásuk környezetbarát, a fenntartható fejlődést szolgálja, ráadásul teljes szerkezetek állíthatók elő vele.

„Statisztikai szempontból és a dolgozókat nézve, az építőipar a legveszélyesebb terület. A munkásoknak nagyon gyakran kell nehéz gépek mellett dolgozniuk. A munkaköltségek döbbenetesen magasak, a termelékenység alacsony, az iparág egyszerűen nem fejlődött ugyanabban az ütemben, mint a gyártás, vagy más összehasonlítható területek. A 3D épületnyomtatásban, réteges additív gyártásban az iparágat a hatékonyság és a termelékenység új korszakába vivő ösztönzőerőt látunk” – nyilatkozta Brian C. Giles, főmérnök és Blair Souter, tásalapító-ügyvezető igazgató.

Mindketten a terület avatott szakértői, hiszen cégük, az Armatron Systems több mint egyévtizedes tapasztalattal rendelkezik, több szabadalmuk van megerősített betonépítő rendszerekre. Méretezhető készülékeik víztornyoktól luxuslakásokig, a legváltozatosabb szerkezetekre alkalmazhatók; építkezés, felújítás, utólagos kiegészítések egyaránt megvalósíthatók velük.

A mostani szabadalom automatizált megerősített cementépítő rendszerre és magára a technológiára vonatkozik, cementkeverékek a helyszínen formázhatók és önthetők vele. A munkát külsőleg formázható, rugalmas tartóüvegben végzik. Az automatizált és csúsztatható formázóberendezés rétegesen rendezi el a nyomtatott cementlerakódást. Az eredmény: különféle szerkezetek jobban önthetők ezzel a megoldással.

Az Arnatron elmondta, hogy a szabadalom több mint 100 innovatív elképzelést tartalmaz. A cég egy új, átmeneti építőtechnológiára is adott be szabadalmi kérelmet. Üzleti modelljük meghatározó eleme a minőségellenőrzéshez és a technika eredményes implementálásához fontos licenszelés. A robotikai, építőipari, szoftveres és nehézgépeket gyártó cégekkel kötött stratégiai partnerség szintén elsődleges szempont. A modell pillérei közé tartozik még a nemzetközi infrastruktúrafejlesztés is.

A Genftől északra, a svájci-francia határon elhelyezkedő CERN, az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet ékköve, a Nagy Hadronütköztető (LHC), az emberiség által valaha is épített legnagyobb és legkomplexebb gépi rendszer. A központ más szempontból szintén rendkívül fontos a technológia és az emberiség történetében: 1989 és 1993 között Tim Berners-Lee itt dolgozta ki az azóta mindnyájunk által használt világhálót, a World Wilde Webet.

A kutatóintézet az additív gyártást sokáig csak prototípuskészítésre használta, az utóbbi időben viszont a technológiával alkatrészeket is állítanak elő.

Egy nemrég készült hűtőborda, egy speciális komponens például a 3D Systems munkája. A nyomtatáshoz fémporágyas fúziót használtak, a print az LHCb 2019-es ipari díját is elnyerte. Az alkatrészt az átalakítás alatt álló LHC villogó, szikrázó rostokat, szálakat nyomon követő új készülékébe, a SciFi Trackerbe szánják.

A 3D Systems nyomtatott kicsi titánrúd-sorozata beágyazott hűtőcsatornáival a Tracker fontos része lesz. A komplex formájú, viszont kis térbe helyezendő hűtőborda megvalósítása komoly kihívást jelentett, amelyhez a 3DP bizonyult a legalkalmasabb technológiának.   

Az LHCb néven ismert kísérlet (amelyben a b a beauty, szépség rövidítése) végén szinte teljesen új detektor áll munkába. A 27 kilométer hosszú gyorsító egyik pontjáról van szó.

Az új LHCb megnyitását 2021-re tervezik, szinte az összes aldetektort lecserélik vagy felújítják, valamennyi rengeteget profitál majd az új technológiai fejlesztésekből, így a 3D nyomtatásból, elsősorban a fémnyomtatásból is. Az LHCb fizikusai és mérnökei részt vesznek a több cég által kivitelezett fejlesztésekben, szorosan együttműködnek velük, nélkülük nem is lehetne sikeres a felújítás.

Az LHCb Ipari Díj nyertesét a CERN-nel együttműködő négy vállalat, a 3D Systems, az Automation NV, a LETI-3S és a SOMAICS munkái közül választották ki, és adták át ünnepélyes keretek között.

A 3D bionyomtatókat és anyagokat előállító orosz 3D Bioprintring Solutions és a P. A. Hertsen Moszkvai Onkológiai Kutatóközpont egyedi kísérletet végzett. Helyben (in-situ) ültettek át bőrt élő patkányokon.

A patkánykísérletek 2-3 hétig tartottak, a bionyomtatáshoz használt Kuka robotkar segítségével cserélték le a sebesült testrészt. A 3D BS laboratóriumban speciális kollagén hidrogélt fejlesztettek, amelyet biotintaként használtak később.

A bionyomtatás a biomérnöki fejlesztések jelenlegi csúcspontja, a mostani kísérletek pedig teljesen egyedülállók. Robotika, 3D bionyomtatás és a különleges kollagén együttes alkalmazása forradalmasíthatja a klinikai gyakorlatot. Szövetek, sőt akár szervek valósidejű létrehozása felbecsülhetetlen segítséget nyújthat műtőorvosoknak, operáció közben.

A kísérletek egyértelművé tették: előbb-utóbb lehetséges lesz előre tervezett szövetszerkezeteket közvetlenül a beteg bőrfelületre, vagy magára a szervre printelni.

Speciális robotkarokat használva nemcsak vízszintes felületekre, hanem szabálytalan alakzatokra is lehet nyomtatni. A technológiát kontúr lerakásnak hívják, a módszerrel csökken az esélye annak, hogy a szervezet kilöki az implantátumot, és műtét utáni komplikációknak is jóval kisebb a valószínűsége.

A bionyomtatott szövet átültetése nemcsak a 3P szemszögéből nézve, hanem szoftver- és gépilátás-szinten is komoly kihívás. Mivel az élő állat teste mozog, és a légzési mintázatok változnak, a szövetet helyére rakó karnak fel kell ismernie ezeket a mozgásokat, aztán pedig alkalmazkodnia kell hozzájuk.

A sikeres kísérletekből egyértelművé vált, hogy a módszerben óriási a potenciál. Ez volt az első lépés a tényleges alkalmazások felé, amikor a műtőteremben már nem élő patkányokkal kísérleteznek, hanem élő embereket igyekeznek meggyógyítani.

A helyszínem történő nyomtatással drasztikusan nőhet az alkalmazások száma.

A kelet-kínai Csiangszu régió egyik legnagyobb városa, Szucsou korábban bányásztelepülésként működött, még korábban több császár látta meg ott a napvilágot. Aztán teljesen újjáépítették, és ennek a folyamatnak köszönhetően, a világ legnagyobb építészvállalatai szinte mind jelen vannak, rengeteg a befektető, a régi bányák parkokká alakultak.

Ahogy Szucsou arculatát egyre inkább a jövő határozza meg, egy különösen innovatív cég, a Kínában már több helyen különleges nyomatokkal, például az első nyomtatott házakkal (Sanghaj, 2014) bizonyított Winsun is bekapcsolódik a város arculatának újjávarázsolásába.

Izgalmas megoldásuk 3DP világpremier, az első folyóparti nyomtatott falburkolat, hossza több mint 500 méter, így a mindezidáig legnagyobb printelt szerkezetként is bevonul a rekordkönyvekbe.

Hasonló építmények általában sziklákra vagy töltésre helyezett, a folyóvizet magukba szívó lejtős szerkezetek. A printelt fal az erős vízáramlatoktól és az eróziótól védő, különálló modulokból tevődik össze. Megóvja a parti házakat, de a mögöttük lévő területeknek is komoly védelmet ad, akárcsak a talajnak – és azon keresztül halaknak, madaraknak, fáknak és növényeknek.

A kivitelezést környezetvédelmi és biztonsági szempontok vezérelték, hogy a folyópart tényleges védelmet kapjon, az emelkedő vízszint ne okozzon problémát, egyensúly alakuljon ki a különféle tényezők, például a talajerózió, a légnyomás, a vízalatti ozmózisnyomás és a korrózió között.

Hagyományos folyópart-rekonstrukcióhoz, stabil falakhoz és gátakhoz drága építőanyagok vagy egyedire tervezett téglák kellenek. Ezek a megoldások kockázatmentesek, megfelelő biztonságot nyújtanak, viszont költségesek, és bonyolult folyamatok, ráadásul sokszor figyelmen kívül hagyják a meglévő ökoszisztémákat.

3D nyomtatással gyorsan és hatékonyan kiépíthető az eredetihez hasonló mesterséges folyópart, nagyobb lehetőség nyílik az élő környezet megvédésére.

A modulok a növényeknek természetes élőkörnyezetet adnak, és egyben meg is kímélik őket az áradástól.

A 3DP segítségével a szemnek is tetszetős, igazi zöld rekreációs tér alakul ki.

Vakokat és gyengénlátokat nehéz megfelelő minőségi oktatási eszközökkel ellátni. A Braille-írás elsajátítása eleve költséges és nem is mindig hatékony, míg a segítő technológiák, például az internetezésben hasznos képernyőolvasó szoftverek nem szerezhetők be mindenhol.

A földkerekségen élő 285 millió vak és gyengénlátó személynek az információ kezelésére alkalmas, hozzáférhető formátumban kell eljuttatni az anyagokat. A 3D nyomtatás sokat segíthet, mert a szemléltető célzatú nyomatok tapinthatók, megfoghatók.

A vakokkal és gyengénlátókkal foglalkozó dél-afrikai nemzeti szervezet, az SANCB decemberben oktatási kampányt indított (3DPrinting4TheBlind), különféle tárgyak nyomatait várják, amelyeket iskolákban használnak szemléltető céllal. Bárki, bárhonnan részt vehet, 1-3 printelt darabot küldhet a szervezőknek, a diákok pedig új formákat, alakzatokat és tárgyakat ismerhetnek meg.

A kivitelezésben az ország egyik legnagyobb 3DP boltja, a 3D Printing Shop is részt vesz, az érdeklődőknek ők állították össze a 31 választható tárgyat tartalmazó listát. A nyomatok között állatok, anatómiai modellek és járművek is szerepelnek, méretüket 100x100x100 milliméterben határozták meg.

„Mivel az oktatási eszközök elég drágák, látáskárosult gyerekeknek pedig problémát okoz kétdimenziós fogalmak megértése, eldöntöttük, hogy legjobb, ha 3D-ben kinyomtatjuk őket. Megfizethető és könnyen használható printerekkel szülők vagy ápolók összeállhatnak, bármilyen olyan modellt kidolgozhatnak és kinyomtathatnak, amiket a gyerekeknek szeretnének adni” – nyilatkozta Bishop Boshielo, a 3D Printing Store marketingmenedzsere.

Az SANCB több mint 20 speciális iskolát támogat, köztük az Optima College speciális intézményt, ahol a diákok például üzleti és számítógépes ismereteket tanulhatnak. A cél, hogy teljesen önállóvá váljanak.

A szervezet közölte: idén több hasonló kampányra számíthatunk. Bishop pedig bizakodik, hogy a gyerekeknek nagyon tetszenek majd a korábban csak két dimenzióban érzékelt modellek, és élvezik a velük folytatott interakciókat. Elmondta, hogy a dél-afrikai 3DP közösség ugyan még kicsi, de folyamatosan növekszik, mert egyre többen megértik a technológia jelentőségét.

A kampány január 31-én zárul, addig várják a nyomatokat.

Németország 2019-ben 1 milliárd dollárnál több additív gyártáshoz kapcsolódó bevételt generált – olvasható a SmarTech Analysis legújabb, 2019-et vizsgáló beszámolójában.

A beszámolóból kiderül, hogy a teljes egész AM (additive manufacturing) szektor (hardver, nyomtatóanyagok, szoftver és szolgáltatások) 10 milliárd dollár bevételt jegyez.

A 10 milliárd dollár nagyjából 65 százalékát, azaz 6,5 milliárdot a szakterület tíz világvezető földrajzi régiója termeli ki, az őket követő tíz földrajzi térség pedig mintegy 20 százalékot (kb. 2 milliárdot).

A két piac együtt a világ 2019-es 3DP és az ahhoz kapcsolódó bevételeinek közel 90 százalékét generálta.

A számokból kiderül, hogy Németország a legnagyobb regionális piac, közel 1,3 milliárdos éves bevétellel. Az Egyesült Államok és Kína a második és a harmadik. Németország vezető pozíciója részben annak köszönhető, hogy az ipari 3DP hardvert előállító cégek és anyaggyártók jelentős része működik a technológiát gyorsan felfuttató országban.

Az USA komoly növekedést könyvelhet el a polimer-szegmensben, és ezzel már Németország „nyakában liheg”, míg a harmadik helyezett Kína főként otthoni gyártólétesítményeinek és a technológia egyre szélesebb körű elfogadásának köszönhetően vált komoly versenytárssá.

A három vezető piac évente egyenként több mint 1 milliárd dollárt generál. Az első tízben megtaláljuk a hagyományos európai nagy gyártóországokat, Olaszországot, Franciaországot és az Egyesült Királyságot, egymáshoz hasonló, kb. évi félmilliárdos teljesítménnyel. Ez a három piac szignifikáns 3DP alkalmazónak számít. Spanyolország szintén fontos tényező, amivé főként Katalónia és Baszkföld jóvoltából vált.

Skandinávia, Kanada és Oroszország az anyaggyártás, és érdekes módon a bioprinting és az épületnyomtatás miatt fontos, India pedig azért, mert gyorsan növekszik és veszi át a technológiát. Japánnal szemben hasonlóak az elvárások.

A Benelux-államokban szintén nagy a pörgés, vezető szolgáltatókkal és kiemelkedő alkalmazásokkal.

Az amerikai kontinenst illetően, Dél-Amerika legnagyobb piaca Brazília, Közép-Amerikáé Mexikó.

Játszhat-e a fenntarthatóság fontos szerepet egy luxusszálloda építésében? A délkelet-afrikai Mozambik Kisawa Sanctuary Resort projektjének kivitelezői a kérdésre egyértelmű igennel válaszolnak, a 3D nyomtatással megvalósítandó munkához ugyanis olyan környezetbarát alapanyagokat terveznek használni, mint a homok és az óceánvíz.

A projektet a 2004-ben alapított, kategóriájában (üzleti repülés) egyetlen légitársaság, a máltai székhelyű VistaJet alapítója, Thomas Flohr lánya, Nina Flohr vezeti. Elképzelése szerint a luxusüdülő 2020 nyarán nyílik meg a vadregényes Benguerra szigeten, az Indiai-óceánon.

A magánkézben lévő 300 hektáros tengerparton, a part melletti erdőben és homokdűnéken 12 bungaló épül fel. Az üdülőkomplexumhoz edzőtermeket, jóga- és meditációs központot is terveznek, de lesz benne teniszpálya és a vízisportok űzésére alkalmas létesítmény is.

A VistaJetnél kreatív igazgatóként komoly tapasztalatokat szerzett Nina Flohr elismert szakember, a technológiától és a használatra szánt anyagoktól viszont többen tartanak.

A 3D épületnyomtatás ugyan gyorsan terjedő, környezetbarát megoldás, viszont ekkora luxusüdülőt még nem építettek additív gyártással. A kételkedők másik hivatkozási pontja, hogy hiába trendi, divatos az épületprintelés, a látványos projektek ellenére kevés a valóban működő példa (a hipermodern DFAB Ház, Svájc; a földből készült Gaia, Olaszország; Európa első nyomtatott háza, a dániai BOD; a szegényeknek készült el salvadori New Story lakóépület; pavilonok, kínai házak, hidak stb.).

A 3DP használati módjával kapcsolatban a kivitelezők egyelőre elég szűkszavúak. A honlapon annyi áll, hogy a printelt komponensek homok és óceánvíz keverékei, a fenntartható anyagokat a kvázi nulla veszteséggel és károsanyag-kibocsátás mentes technikával kombinálva, úgy tűnik: minden szempontból környezetbarát megoldásról van szó. A homoknyomtatást szabadalmaztatták, a megoldást hagyományos mozambiki zsúpkészítéssel, asztalossággal és textíliákkal igyekeznek közös nevezőre hozni.

A homokot Flohr nonprofit szervezete is használja, korallzátonyokat és tengeri lakóhelyeket próbálnak nyomtatni vele.

A 3DP világában ismert, Las Vegas székhelyű Additec és a spanyol Sicnova közös vállalkozása, a Meltio fémlerakó technológiával működő gépe megbízható, zavarmentes és hozzáférhető megoldást kínál a fémnyomtatást gyártási folyamataikba integrálni óhajtó vállalatoknak. (A technológia kidolgozásában a világelső acélgyártó ArcelorMittal is részt vett.)

Más megoldásokkal összevetve, szabadalmaztatott technikájuk több szempontból is előnyös. Használata egyszerű, a hardver kompakt (550x600x1400 mm), nincs szükség hozzá speciális üzemekre, infrastruktúrára. A technológia kulcsa, a többlézeres nyomtatófej fémdrótokkal is működik, azaz a gép működtetése teljesen tiszta, nincs veszteség, 100 százalékos az anyagfelhasználás.

Fémdrót mellett fémporral és a kettő kombinációjával is funkcionál, ráadásul a területen elsőként, a váltáshoz nem kell fúvókát cserélni. A tipikusan hegesztésnél használt anyagokból (titánból, acélból, rézből, alumíniumból, Inconel szuperötvözetekből stb.) készülő részek teljesen tömörek.

A Meltio megoldásával az érdeklődő vállalatok olcsóbban hozzáférnek a 3D nyomtatáshoz. A hardver a jelenlegi piaci árak 50-75 százalékába kerül, míg az anyagköltség akár a mostani költségek tizedrésze is lehet. Ezek a számok arra utalnak, hogy a Meltio jócskán hozzájárulhat a közvetlen 3D fémnyomtatás tömeges elterjedéséhez.

A rendszer ráadásul 3DP moduljainak (Meltio Engine) köszönhetően bővíthető; CNC, robotikus és darurendszerekkel integrálható. Kisebb részektől többméteres darabokig, változatos nyomatok gyárthatók, hagyományos gépek hibrid rendszerekké alakíthatók vele, ami sok iparágbeli alkalmazást vetít előre.

A technológia többlézeres (három egyedi diódalézer) nyomtatófejjel működik, és a lézerek száma növelhető. A nyomtatásra argonkamrában kerül sor, a gázból csak kis mennyiségre van szükség. Az anyagok cseréje automatikus, néhány másodperces folyamat, nincs szennyeződés, a megoldás biztonságosabb, mint a porágyas fúzió. A rendszer aktív folyamatvezérléssel működik, a nyomat paramétereit szenzorikus visszajelzések alapján kezeli.

Az egyedi lézeres technikával hegesztéssel nehezen megmunkálható fémötvözetek is kezelhetők. A gép 3D nyomtatás mellett más alkalmazásokra szintén használható: burkolásra, hegesztésre, kikeményítésre, textúrázásra, csiszolásra, tisztításra.

A francia Ultimate Holography 15 éves kutatási projekt eredményeként hologram printert épített. Elmondásuk alapján sikerült elkerülniük a technológia ismert problémáit: drága lézereket, lassú nyomtatási sebességet, telítetlen színeket.

A Chimera olcsó lézerekkel működik, gyors, remek színminőséget biztosít. Saját tervezésű speciális, szemcsés fényképanyagra nyomtat maximum 120 fokos látószög-elhajlásban élvezhető hologramokat. Számítógép által generált 3D modellekből vagy szintén saját fejlesztésű szkenner szkenjeiből generálja őket. A hologramokból másolatok készíthetők.

A kivitelezéshez alaposan tanulmányozták a korábbi holografikus nyomtatófejlesztő technológiákat, előnyeiket és hátrányaikat egyaránt figyelembe vették. Látták a printerek nagyon sok technikai korlátba ütköző első két generációját, s ezt követően döntöttek a kereskedelmi forgalomban beszerezhető (és az eddigi rendszerek által használt) merev fotóanyag helyett saját fejlesztés mellett.

A gép kisteljesítményű, folyamatos vörös, zöld és kék lézereket használ, amelyeket a kutatók egyedi megoldásokkal (rezgésellenes, expozíció-javító mechanizmussal stb.) turbóztak fel, igyekeztek hibamentessé tenni.

Hologramokat kicsi (250-500 mikronos) holografikus elemek egymás utáni felvételével készítenek. Három térbeli modulátorral és egyedi tervezésű, full-color (teljes színskálájú) nyomtatófejjel dolgoznak, utóbbi biztosítja a 120 fokos látószög-elhajlást. Nyomtatás után vegyi anyagokkal dolgoznak rajtuk, módosítják a méretüket.

Egy 30x40 centis hologram nyomtatása 11 óráig tart, ami az eddigi technikák munkaidejének kb. a fele.

Az új technológiával eddig 60x80 centis, változatos színekben változatos hologramokat (játékokat, pillangót, múzeumi darabokat) printeltek. Kiderült, hogy a felbontás, a látószög egyértelműen magasabb, a színvilág pedig sokkal látványosabb, mintha valamelyik másik, használatban lévő rendszerrel dolgoztak volna.

A kutatók elmondták, hogy a technológia, különösen a 3D szoftverek fejlődésével az alkalmazási kör bővülni fog, printerüket például a medicinában és más területeken is használhatják.

Szakemberek folyamatosan kísérleteznek új 3D nyomtatási eljárásokkal, például több anyagból álló multifunkcionális alkatrészek előállításával.

Chaitanya G. Mahajan, a Rochester Technológiai Intézet anyagtudományi kutatója például az utóbbi témából írta PhD-dolgozatát. Vegyi (bottom-up) és fizikai (top-down) eljárással létrehozott nanoötvözeteket, szerkezetüket, méretüket és más tulajdonságaikat befolyásoló tényezőket vizsgált.

Top-down módszerekkel fémtömböket törnek nanoméretű részecskékre, bottom-up technikákkal atomokat, molekulákat egyesítve alkotnak ilyen részecskéket. A top-down megoldások előnye, hogy rövid időn belül nagymennyiségű részecske hozható létre, bottom-up módszerekkel viszont homogénebbek a szerkezetek, rendezettebbek a kristályok.

Ezek az ötvözetek több területen, például a biomedicinában vagy az elektronikában használhatók. Alkalmazási lehetőségeiket bővíti, hogy egyes anyagok „alakemlékezők”, azaz formájuk programozható, szabályozottan módosítható.

Fémtinták, például rézből és nikkelből álló ötvözetek nanorészecskékkel és fémes-organikus bomlásnál egyaránt használhatók, tulajdonságaik megváltoztathatók. Jellemzésük több technológiával (hőelemzés, infravörös spektroszkóp-vizsgálat, energiát szétszóró röntgensugaras mérés, röntgensugár-elhajlás) történik.

Homogén ötvözetekhez a rézben és nikkelben gazdag szakaszokat egyaránt magas hőmérsékleten (például 800 fokon) dolgozzák meg, így alakítják ki a szerkezetek kívánt, szükséges paramétereit.

„Az óhajtott ötvözet összetételű rész nyomtatásához minden egyes réteget ki lehet printelni, és lépésről lépésre addig csökkenteni, amíg a kívánt 3D szerkezet létre nem jön. A végső nyomatot nagyon meleg kemencébe helyezhetjük, ahol homogén struktúrává áll össze” – magyarázza a kutató.