FREEDEE BLOG

A nanogyémántok detonációnál keletkező gyémántrészecskék. Egyik meghatározó tulajdonságuk, hogy kiválóan vezetik a hőt. A nem toxikus részecskékből készült por 5 nanométeres felület; több érdekes tulajdonsággal rendelkezik.

A Gdanski Műszaki Egyetem kutatói a fénytani jellemzőket vizsgálva, és azok kiváló természetét konstatálva, új nyomtatóanyagot dolgoztak ki. A nano gyémántpor és a 3DP-hez használt szabványos műgyantával néhány nyomatot is készítettek már.

Széles hullámhossz-spektrumon megvizsgálták, hogyan továbbítja és nyeli el a fényt. Egyrészt kiderült, hogy a nano gyémántporral feljavított műgyanta optikailag rosszabbul teljesít, mint a sima. Másrészt viszont egyértelművé vált, hogy meghatározhatja a nyomatok fénytani tulajdonságait.

20x20 milliméteres tálakat különféle vastagságokban (0,2, 0,8, 1, 1,5, 2 és 5 milliméter) printeltek.

200-1100 nanométer hullámhosszon, szobahőmérsékleten, spektrométerrel vizsgálták őket. Minél vékonyabbak voltak a tálak, annál jobban továbbították a fényt.

Az első körben printelt tálak, 200-400 nanométeres fényhullámokkal szinte semmit nem továbbítottak, míg a 800 és 1100 nanométer közöttieknél volt a legnagyobb a továbbítás. A második körben még magasabb számok jöttek ki, miközben egyre vékonyabbak lettek a tálak.

Ezek a tulajdonságok összehasonlíthatók más optikai anyagokkal, és egyértelmű lett, hogy több alkalmazásra jók. 5 milliméteresnél 44, 2 milliméteresnél 60, a még vékonyabbaknál pedig 65 és 75 százalékos fénytovábbítás jött ki.

Ezt követően vizsgálták a fényelnyelést, ami a narancsszín miatt a 200-400 nanométeres spektrumban volt a legmagasabb, míg a 600 és 1100 közöttiben a legalacsonyabb.

Utána még több tálkát nyomtattak, majd leszögezték, hogy a nanogyémántok egyértelműen befolyásolják a keverék tulajdonságait. Ez pedig arra utal, hogy más nanorészecskék (különösen a fényelnyeléssel kapcsolatban) hasonlóan viselkedhetnek.

Mi következhet mindebből?

A kutatók szerint például hamarabb és könnyebben elkészülnek az optikai szűrők prototípusai.

Az SAE International globális mérnöki szabványszervezet megjelentette a légjármű-iparban használt, nyomtatott polimerekre vonatkozó első specifikációkat, kiemelve az FFF technikával printelt anyagokat.

A specifikációkat a 3DP-t utastéri kiegészítők, például monitor-foglalatok, karfák stb. készítéséhez alkalmazni óhajtó légitársaságok kérésére dolgozták ki. Bizakodnak, hogy a szabványosítás újabb lökést ad a technológia szektoron belüli elterjedésének.

Az ezirányú munkához külön bizottságot (AMS-AM-P) alakítottak, a szabványok segíthetnek az anyagok és a folyamatok pontos meghatározásában, a korlátok alaposabb felmérésében.

A szabványosítás a 3DP térhódításának alapkövetelménye, az olyan területeken pedig, mint a légjármű-ipar, abszolút nélkülözhetetlen. A lézeres porágy-fúzióra (LPBD) már van ilyen, és az iparági szereplőkkel együttműködő Norsk Titanium szintén definiált szabványokat.

Az immáron két albizottságból (fém és polimer) álló AMS-AM eddig kilenc fémnyomtatás specifikációt tett közzé, itt volt az ideje, hogy műanyagokkal is foglalkozzanak.

A Stratasys technológiáját és más extrudáló folyamatokat vettek alapul hozzájuk.

David Alexander, a szabványprogram igazgatója elmondta, hogy a fémspecifikációk kidolgozásánál szerzett tapasztalatok komoly segítséget jelentettek a polimereknél.

A felhasználók a dokumentum segítségével ellenőrizhetnek nyomtatási folyamatokat, anyagokat, konfigurációkat és teszteljárásokat.

Az SAE International együttműködik a szakterületi szabályzószervekkel, például az USA Szövetségi Repülési Igazgatóságával, végfelhasználókkal és más szabványügyi szervezetekkel.

A porágyas fúziót (PRF), különösen a szelektív lézeres olvasztást (SLM) egyre több ipari szektorban alkalmazzák. A fejlődés gyors, a hardver és a szoftver folyamatosan javul, az érintett vállalkozások mind inkább kihasználják a technológiában rejlő lehetőségeket.

A fejlesztéseket értelemszerűen úgy végzik, hogy az SLM folyamatlánc minél hatékonyabb legyen, cégek könnyen be tudják integrálni meglévő gyártókörnyezetükbe.

A printerek a vásárlói igények szerint alakíthatók, lényeg, hogy a lehető legtöbbet kihozzák belőlük, például a NextGenAM projekt keretében a fémnyomtató-gyártó EOS összeállt két ügyfelével, a Daimlerrel és a Premium AEROTEC-kel. Másrészt, innovatív startupok az egész folyamatot igyekeznek összeintegrálni.

A 3DP egyre szélesebb körű gyártóipari adaptálásával, újabb és újabb megoldásokat kell kitalálni az SLM folyamatláncra, és a technológia munkamenetbe történő zökkenőmentes integrációja mellé, nem árt gazdaságilag is ösztönző opciókkal előállni.

Három német vállalat, a szitálási berendezésekre specializálódott assonic Dorstener Siebtechnik, a szivárgásokkal és szűrésekkel foglalkozó ULTAG és az additív gyártás utómunkálataihoz felszereléseket gyártó Solukon Maschinebau ebből a célból lépett partnerségre, és hozta létre az AM Powder Plus (AMP+) hálózatot.

A hálózat rendeltetése, hogy hatékony, gyakorlatias megoldásokat dolgozzanak ki 3D nyomtatóporok használatára, fémalkatrészek portalanítására, a porfelesleg újrahasznosítására, polimer részek kicsomagolására, összességében az SLM technológiával történő gyártás automatizálására, illetve a tiszta és biztonságos munkakörnyezet fenntartására.

A megoldást – első körben – az alapítócégek által kidolgozott folyamatok összekombinálásával igyekeznek elérni.

A 3DP egyik leglátványosabb és legkülönlegesebb alkalmazási területe az egyelőre még mindig inkább kuriózumnak, semmint bevált módszernek számító, meglehetősen széles spektrumot lefedő ételnyomtatás.

A Harvard Business School diákja, Tom M „3D nyomtatott tészta – vannak-e határai a 3D ételnyomtatás előnyeinek?” címmel publikált tanulmányt a témakörről.

Tény, hogy módunkban áll élelmiszereket nyomtatni, és fel is kapjuk a fejünket, ha printelt kajákról hallunk. Kérdés azonban, hogy szükségünk van-e rá?

Rom M a terület sok aspektusát vizsgálja. A technológia kritikus szektorokra, például a légjármű-iparra és az egészségügyre gyakorolt hatását vizsgálva, egyértelmű, hogy az élelmiszergyártásban viszonylag új jelenségről van szó.

Csakhogy a jelenség trenddé válik, és a mai statisztikákból extrapolálva, évi 40 százalékos növekedéssel, 2023-ra 500 millió dolláros piac alakulhat ki. A terület szerteágazó, a fine diningtól a nagyüzemi tésztagyártásig sok ételfajtára kiterjed, az viszont máris egyértelmű, hogy az exponenciálisnövekedéssel párhuzamosan, exponenciálisan növekvő tempóban spórolunk meg időt és pénzt.

„Az olyan alkalmazásokban, mint a csokik és a tészták, 3D nyomtatással egyedi formák és szerkezetek dolgozhatók ki, amiket az előre megtervezett formulák rétegről rétegre történő megvalósításával érünk el” – nyilatkozta Tom.

A Barilla tésztagyártó évek óta foglalkozik a technológiával. Újításába a fogyasztókat is bevonja, miközben személyre szabott és gluténmentes ételekkel is kísérletezik. Tom M szerint megsüvegelendők, hosszútávú értékeket teremtenek az ilyen próbálkozások.

A világ népességszámának és a társadalmi egyenlőtlenségek növekedésével minden területen a fenntarthatóság lett az egyik legfőbb szempont. A tömeges szintű személyre szabásra alkalmas 3DP főszereplő lehet az elv megvalósításában.

Tom M további teszteket emleget, és a 3DP alkalmazására bíztatja a Barillához hasonló cégeket.

Az additív gyártásnak egyértelműen hatalmas lehetőségei vannak a polgári légi közlekedésben. Egyre több az alkalmazás, a legnagyobb alkatrész-beszállítók (GE Aviation, Honeywell, MTU, Rolls-Royce, Safran) mindegyike használja a technológiát.

A SmarTech Analysis 2019-es beszámolója alapján a terület 7 milliárd dolláros üzletté válik a következő 10 évben. A bevételek minden szinten (hardver, anyag – fémek, műanyagok, kompozitok –, termékek és szolgáltatások) növekedni fognak.

Az előrejelzés mélyelemzések és más módszerek kombinációja, a SmarTech hardver- és anyagértékesítésekre vonatkozó masszív adatbázisát, a piacot monitorozó cégek információit, a 3D Printing Üzleti Címjegyzéket stb. használták fel hozzá. A repülőszektorról készült elemzés üzleti szereplőkkel folytatott beszélgetéseken alapul. Végül közös nevezőre hozták a két (bottom-up, illetve top-down) megközelítést.

A top-down az additív gyártás repülőipari cégeken belüli elfogadását, alkalmazását, a bottom-up az additív gyártócégek repülőipari potenciálját vizsgálja. A kettő következtetései szinte tökéletesen összecsengenek.

Az additív gyártás alkalmazásával a vezető szolgáltatók, beszállítók nyomást gyakoroltak kisebb vállalatokra, hogy kövessék a példájukat. Sokuk így is tett, növelve a technológiát adaptáló cégek és a tesztelt alkalmazások számát.

Az anyag behatóan vizsgálja e trendek üzleti lehetőségeit. Szinte csak végfelhasználói darabokra (munkaeszközökre, alkatrészekre) összpontosítva, 10 éves távlatban (tucatnyi felhasználásra figyelve) részletesen vizsgálja a hardver, az anyagok és a szolgáltatások által generált bevételeket. A vezető cégek két csoportba oszthatók: váz- és motorépítőkre, illetve alkatrész-beszállítókra.

Az elemzés alapján a légi ipar e szegmense megváltoztatja stratégiáját, és a fémnyomtatás elmúlt években tapasztalt alkalmazásával, minőségjavulásával közelebb kerültünk az automatizációhoz. A trendek egyértelműen folytatódnak, begyorsulnak, mert ne felejtsük el, hogy az additív gyártás kereskedelmi és általános repülési hasznosulásának a kezdetén járunk csak.

A kínai 3D nyomtatógyártó Farsoon Technologies Stuttgart-székhelyű európai leányvállalata, a Farsoon Europe együttműködési szerződést kötött a Rapid Manufacturing AG svájci műanyag-alapú 3DP szolgáltatóval. Közös munkájuk első lépése a Farsoon új – „repülő” – Flight technológiájának tesztelése.

A cél érdekében a Farsoon Flight-HT403P lézerszinterező gépét a Rapid Manufacturing üzemében installálták, ahol műanyag alkatrészek gyártásához tesztelik és optimalizálják.

A bizalom kölcsönös, Alain Stebler, a svájci cég vezérigazgatója szerint a Farsoon bő 25 éve magáért beszél; az együttműködéstől csúcsminőségre és vonzó árakra számít.

A kínai vállalat portfoliójában több műanyag- és fémnyomtató is szerepel. Mindegyik nyitott platform, azaz a felhasználók „haladó” paraméterekkel és kívülállók által fejlesztett anyagokkal is dolgozhatnak. Legújabb gépük, az FS301M fémnyomtató tervezésekor kifejezetten a felhasználói élmény növelése járt a mérnökök fejében.

A februárban bemutatott, Szálas Fénytechnológiaként (Fiber Light Technology) is ismert Flight technológia műanyagok lézeres szinterezését hivatott hatékonyabbá tenni, a szabvány széndioxidos lézermegoldást rostos/szálas lézertechnikával helyettesíti. Az új módszerrel nő a lézerek élettartama és az energiaelnyelés, így pedig több anyag dolgozható fel a Farsoon rendszerein.

A lézerek nagyobb sűrűsége porok rövidebb idő alatti teljes szinterezését biztosítja, amellyel a technológia így megfelel a nagyszériás gyártás követelményeinek. A printelt műanyag-komponensek remek mechanikai és más tulajdonságokkal rendelkeznek.

Az első teszteket követően a Rapid Manufacturing ügyfeleinek már gyárt is alkatrészeket.

A Föld összlakosságának majdnem 1 százaléka, 69 millió személy szenved el évente traumás agysérülést (TBI). Az Egyesült Államokban a gyerek- és fiatal felnőtt lakosságban az egyik leggyakoribb oka a halálnak, fogyatékoknak.

Sok biotech cég próbálkozik például bionyomtatással megoldást találni, egyikük, a New York székhelyű Qrons 2016 óta fejlett őssejt-alapú kezelésen dolgozik. A New Hampshire-i Darthmouth College közreműködésével kifejezetten agykárosodásokat gyógyító nyomtatható biokompatibilis anyagokat terveznek előállítani.

A cég és a felsőoktatási intézmény október elején kötött együttműködési szerződése értelmében, a Qrons az egyetem szabadalmaztatott technikájával készít implantátumokat.

A Darthmouth College egyik laboratóriumában, multidiszciplináris kutatások keretében, polimerek szintézisére és alkalmazásaira összpontosítanak, az anyagokat eleve úgy tervezik, hogy a közeljövő agykezelései túllépjenek a mai szinten.

A mostani orvosi kezelés kórházakban vagy speciális terápiás központokban, a másodlagos sérülések csökkentésével, elveszített funkciók visszanyerésére összpontosít. A páciens újra tanul járni, beszélni, különféle feladatokat kivitelezni.

A Qrons szerint ez a módszer csak részben hasznos, magán az agysérülésen alig vagy egyáltalán nem javít. Ők az agysejteket kívánják regenerálni, speciális nyomatokat és gondosan tervezett, genetikailag módosított, a neuronokat stimuláló őssejteket, használnának hozzá.

A cég eddig két termékkel állt elő, mindkettőben módosított őssejteket és „intelligens” szintetikus anyagot kombináltak össze.

A QS100 sérülés-specifikus, nyomtatható-beültethető, a QS200 az agyrázkódást kezelni hivatott, injekcióval beadható hidrogél. Előbbit állatokon tesztelték már, utóbbinak hamarosan elkezdődnek a tesztjei. Jonah Meer társalapító-igazgató szerint egyre nagyobb az érdeklődés a túlélőknek jobb életfeltételeket biztosító megoldásaik iránt.

Az Egyesült Államok Energetikai Minisztériumához tartozó Argonne Nemzeti Laboratóriumban nagyon kockázatos nukleáris anyagok újrahasznosításával is foglalkoznak. A tevékenységhez ma már használják a 3D nyomtatást.

Korábban is értek el sikereket ezen a területen, például egy atomreaktor által használt üzemanyag 95 százalékát hasznosították újra. A szám döbbenetes, csakhogy a maradék 5 százalékkal szintén kellene kezdeni valamit. A kutatók ezen dolgoznak, mert előbb-utóbb szeretnék elérni a bűvös 100 százalékot.

Egy tanulmányban elmagyarázzák, hogy atommaghasadással hogyan hasznosíthatók újra bizonyos izotópok, amellyel további 2 százalék nyerhető.

„5 százalék többszázezer éven keresztüli tárolása helyett a maradék 3-at maximum ezer évig kellene, azaz ezzel a kiegészítő lépéssel az idő drasztikus csökkentése a cél. A nukleáris anyag negyedik generációs gyors reaktorban történő lebontásával pluszelektromosság generálható” – magyarázza Andrew Breshears, az egyik kutató.

A célt az amerícium és a kűrium a lantanoidák néven ismert ritka fémektől történő elválasztásával érték el. Additív gyártással megvalósították, hogy tesztcsövek helyett nagyobb volumenben tudtak dolgozni. A vegyi anyagokat elválasztó folyamatok újratervezésekor az elkülönülő elemeket laboratóriumi és ipari szinten is összekapcsoló úgynevezett „kontaktorokat” nyomtattak.

A 36 lépésből álló folyamat végeredményeként az aktonoidákat (a periódusos rendszer 90. és 103. közötti elemei, például az amerícium és a kűrium) sikeresen elválasztották az 57-71 rendszám közötti lantanoidáktól. A művelet azért ennyire bonyolult, mert azonos oxidációs állapotuk miatt nehéz a szétválasztás. A megvalósításban a 3D nyomtatás rugalmassága sokat segített.

„Ha egy rész elromlik, könnyű újranyomtatni és helyettesíteni, azaz a folyamatból kivehetők, de hozzá is adhatók lépések” – állítja Peter Kozak, vegyész.

Breshears szerint „minél jobban szétválasztják az aktonoidákat, környezeti hatásuk annál inkább csökkenthető.”

Leonardo da Vinci, a legnagyobb reneszánsz polihisztor építészeti terveket is hagyott hátra az utókornak, és az egyikről, egy isztambuli híd ötletéről MIT-s diákok bizonyították be, hogy kivitelezhető. 3D nyomtatással elkészítették kicsinyített, méretarányos makettjét.

Leonardo 1502-es terve az Isztambul és Galata között, az Aranyszarvon átívelő hídról álmodozó II. Bajazid török szultán megkeresésére készült. A szultán végül elvetette a tervet, de ha elkészült volna, az akkori világ leghosszabb hídjaként vonult volna be az építészettörténeti évkönyvekbe.

A terv 500 évvel később is inspiráló.

Két környezetmérnöki tanulmányokat folytató MIT-s diák és a felsőoktatási intézményben tanító John Ochsendorf behatóan tanulmányozta Leonardo rajzait és más tőle származó dokumentumokat, majd a korai 1500-as évek építőanyagait, építési technikáit, végül az Aranyszarv-öböl földrajzi jellemzőit vizsgálták.

Elmélyült kutatásukra alapozva 1:1500 méretarányban kivitelezték a hidat, és tesztelték, hogy egyrészt hogyan bírná ki a folyamatos terhelést, másrészt, mennyire állna meg a talpazatán.

Kiderült, hogy Leonardo hídját fel lehetett volna építeni, és a működésével sem lettek volna nagyobb problémák.

Leonardo korában teljesen más hidakat építettek, mint amilyet a művész-feltaláló megálmodott. Ha a 280 méteres híd (az akkori hidak hosszának kb. tízszerese) sikerül, az építészetet is forradalmasíthatta volna.

A szerkezet teljesen modernnek hat, és egyáltalán nem hasonlít a korai 16. század köríves hídjaira.

Még kisméretben is nehéz volt kivitelezni, az alkotóknak például azért kellett sokat találgatniuk, mert Leonardo nem nevezte meg az építőanyagokat. Végül arra a következtetésre jutottak, hogy fa vagy tégla helyett követ használt volna.

A habarcsot és a kapcsokat szintén kihagyták, így a szerkezetet – a klasszikus hidak mintájára – a gravitáció tartotta volna egyben.

Ezt követően a tervet külön-külön printelhető, összeszerelhető 126 blokkra bontották. Mindegyiket kb. 6 óra hosszat printelték. A szereléshez 16. századi építészeti rajzokon látott állványzat-szerűséget használtak.

Leonardo tervrajzával egybevágó, 0,81 méteres makett lett a végeredmény.

Az egyszeri felhasználású műanyagtermékek csökkentése globális célkitűzés, a fenntartható fejlődés, benne a fenntartható additív gyártásnak is egyik legfontosabb célja. A 3D nyomtatásban érintett cégek e koncepció jegyében igyekeznek mindent megtenni a technológia negatív környezeti hatásainak minimalizálásáért.

A nyomtatószálakat (filaments) gyártó brit Filamentive és a montreali Netfilatek egyaránt 100 százalékban újrahasznosított műanyagból álló termékeket mutatott be.

A nyomtatógyártók is valami hasonlóra törekednek, például a terület egyik legnagyobb újítója, a Szilícium-völgyi Carbon RPU 130-ának 30 százaléka növényi eredetű bioanyagból készült. Az ipari 3DP vezetővállalata, a német EOS új ügyvezető igazgatója, cége közeljövőjével kapcsolatban, szintén a fenntartható fejlődésről beszélt.

A 2018 áprilisában alapított brit Lancashire3D 3D szkennelő, nyomtató és „visszafejtve tervező” (reverse engineering) szolgáltatásokat nyújt. 2019 januárjában megnyílt első üzemében – nyomtatófarmjában – válogatott anyagokból készítenek a megrendelőknek printeket. Az anyagpalettán az ABS, a PLA és a műgyanta a legnépszerűbb, de tartósabb anyagokkal, például szénrosttal megerősített kompozitokkal és kemény műgyantával is dolgoznak.

A vállalat a prototípuskészítéstől a kis- és középszériás gyártásig számos tevékenységgel foglalkozik. A nyomtatófarm egyrészt több anyag feldolgozására ad lehetőséget, másrészt ügyfelek a helyszínen kaphatnak betekintést gyártófolyamatokba.

A Lancashire3D komolyan gondolja, hogy „ökológiailag felelős 3DP stúdióként” tartsák számon. A cél érdekében a gyártáskor keletkező műanyaghulladék 95 százalékát a helyszínen újrahasznosítják, nyomtatóanyagot készítenek belőle.

„Amennyit csak lehet, újrahasznosítunk” – jelentette ki a céget alapító és vezető Steven Pearson, majd hozzátette: „tudjuk, hogy a bolygó erőforrásai végesek, és mindannyiunknak nagyobb felelősséget kell vállalnia. Kormányok akcióterveket készítenek, fogyasztók változtatni akarnak az életvitelükön, a vállalatok, mint a miénk pedig segíteni szándékoznak nekik.”

Pearson „körkörös gazdaságban/gyártásban” gondolkozik: a felhasznált nyomtatóanyagot újrahasznosítják, majd megint nyomtatnak vele, a folyamat közben keletkező ipari hulladékot ismét újrahasznosítják, printelik, és így tovább.

Terveik szerint évi 165 kiló hulladékot reciklálhatnak. Fenntartható Sorozat nyomtatószál-gyűjteményük már e szellemben készült, egyelőre csak ABS, de hamarosan PLA változatok is lesznek benne.