FREEDEE BLOG

A puha robotika (soft robotics) gyorsan fejlődő kutatási és alkalmazási terület. Jellemzője, hogy a könnyen megdolgozható anyagokból készülő gépek egyrészt úgy mozognak, mint az élő organizmusok, másrészt összetett környezetekhez is biztonságosan alkalmazkodnak.

Egyre többféle terv születik, a robotok többméteresek, de akár csak mikronszinten mérhető szerkezetek is lehetnek. Előállításukhoz gyakran használják a 3D nyomtatást; printeltek már puha robotot gyógyszeradagolásra, szövetszerkesztésre, űrkutatásra stb.

Egy szingapúri és két kínai egyetem kutatói összeálltak, hogy irányelveket dolgozzanak ki légnyomás által vezérelt, miniatűr robotikus aktuátorok nyomtatásához. A milliméter léptékű robotok a biztonság és az alakváltás terén is kiválóak, és e képességeiknek köszönhetően jól alkalmazhatók pirinyó tárgyak manipulálásához korlátozott területen, illetve az ezekben a terekben történő navigációhoz.

A 3D nyomtatásra a robotok rugalmasságának növelése miatt van szükség. Ebből a szempontból sokkal jobb, ha fröccsöntés és puha litográfia helyett printelik őket. Mikroméretű puha robotok additív módszerrel való előállítására viszont kevés a sikeres példa. Geometriájuk ugyanis annyira komplex, hogy a méretezésnél a finomabb részletek könnyen kárba vesznek. Alkatrészek (mikroméretű üregek, csatornák stb.) eltömődések nélküli nyomtatása szintén problémás.

A kutatók egy pici hulladék-gyűjtővel bebizonyították, hogy ezek az aktuátorok megvalósíthatók 3D nyomtatással. A gyűjtőbe hasonló méretű markolót integráltak. A szerkezet például hajtóművek karbantartásához, vagy minimális beavatkozást igénylő (invazív) sebészi műtéteknél alkalmazható.

A kivitelezéshez a sztereolitográfiához (SLA) hasonló digitális fényfeldolgozást (digital light processing, DLP) használtak.

A gépecske körülhatárolt kis térben navigált, nehezen elérhető tárgyakat mozgatott meg.

A kutatásból levont következtetések megalapozhatják a bonyolult többanyagos terv alapján készülő, összetett geometriájú miniatűr puha robotok printelését. A fejlesztők szerint módszerük a DLP mellett sztereolitográfiával dolgozó 3D nyomtatókkal is kompatibilis.

Kevés területet alakít át annyira a 3D nyomtatás, mint a közlekedési eszközök gyártását, azon belül is elsősorban a gépjárművekét és a repülőkét. Egyedül a vízi közlekedés kivétel, ahol az igazi áttörés, a tetszetős részeredmények ellenére, várat magára.

Gépjármű-ipar és 3DP kapcsolatát az egyik vezető nyomtatógyártó, a 3D Systems és a Toyota Motorsport GmbH (TMG) újonnan bejelentett együttműködése nyilvánvalóan tovább mélyíti.

A TMG, a Toyota Motor Corporation teljes tulajdonában álló leányvállalata és a 3D Systems a piacra találnak majd ki új gyártómegoldásokat, technikákat, köztük speciálisan az autó- és motorsport további fejlődését, illetve a hatékonyabb tervezést célzó printereket, nyomtatóanyagokat és szoftvert.

Az autó- és motorsport egyik legmarkánsabb szereplőjeként, kölni fejlesztő- és tesztelő létesítményében a TMG sok szolgáltatást nyújt egyrészt az anyacégnek, másrészt külsős ügyfeleknek is. A 3D Systemsszel induló közös munkával szemléltetni akarják, hogy a 3DP-megoldások mennyire pozitív hatással vannak az iparágra, illetve át is alakítják azt.

„Tudjuk, az autó- és motorsportban az számít, ha első vagy. Ezt az attitűdöt akarjuk átvinni az összes tevékenységünkre. A terület élenjárói közé tartozunk, és más szektorokban hasonló szerepet betöltő cégekkel kívánunk partnerségre lépni, mert így tudjuk megőrizni az előnyünket. A 3D Systemsre azért esett a választásunk, mert ugyanaz az úttörő szellem jellemzi őket, mint a TMG-t, amit jól szemléltet az a tény, ahogya 3D nyomtatást megismertették a világgal. A két vállalat szakismereteit összeadva, a gépjármű-iparban új AM innovációk várhatók. A TMG létesítménye a világklasszis, fejlett digitális gyártás, lézeres szinterező technikák bemutatóterme lesz” – jelentette ki Andreas Schambach általános projektmenedzser.

A technológiával nagyon könnyű alkatrészeket akarnak a lehető legrövidebb időn belül, költséghatékonyan előállítani.

A 3D Systems szintén elégedett, a létesítményben több printerüket tervezik telepíteni: Figure 4 Standalone, ProX 600, sPro 60, sPro 230.

A kb. két évtizede megjelent, de igen lassan terjedő lights-out gyártás emberi beavatkozás nélküli gépi tevékenységre vonatkozik, amelyhez értelem szerint világításra sincs szükség (innen ered az elnevezés).

A 3D nyomtatás egyik legújabb technológiája az ember nélküli digitális gyártás (Lights-Out Digital Manufacturing, LDM) célja elektronikus darabok printelése. Az áramkörök stb. a 3DP egyik legkésőibb, sokáig kivitelezhetetlennek tűnt alkalmazási területe.

Printeléssel felgyorsul a tervezés, gyártófolyamat, tesztciklus. Áramkörök egyedibbé dolgozhatók ki, ehetetlennek látszó komplex geometriák valósíthatók meg.

Az LDM élharcosa az izraeli Nano Dimension, csúcsgépe a cég által fejlesztett és július 24-én bemutatott DragonFly additív gyártóplatform. 85 százalékos üzemidő, jelentős mértékben csökkenő heti és karbantartási költségek, minimális vagy nulla emberi beavatkozás a jellemzői.

A német szenzor- és védelmi elektronika-beszállító HENDSOLT és az Egyesült Királyság Gyártótechnológiai Központja (MTC) – egy kutatásfejlesztési tevékenységet folytató állami intézmény – a rendszer első felhasználói. Mindketten elégedettek, a rövidebb gyártási idő és az alacsonyabb költségeket emelték ki.

Többréteges nyomtatott áramköröket (multilayer printed circuit board, PCB), kondenzátorokat, tekercseket, szenzorokat, antennákat stb. állítottak elő a Nano Dimension rendszerével.

A technológia sokat segíthet a hagyományos eljárásokkal határokba ütköző rendkívül bonyolult geometriájú, vagy nagyon kis mérettartományba tartozó elektronikus eszközök, a dolgok internét (Internet-of-Things, IoT), valamint az Ipar 4.0-át jellemző, valamilyen szintű „intelligenciával” (tároló-, feldolgozó- és kommunikációs kapacitással) rendelkező összekapcsolható kütyük gyártásában is.

A blokklánc (blockchain) napjaink egyik sokat vitatott, és egyre népszerűbb pénzügyi technológiája (fintech) biztonságosabbá, ugyanakkor átláthatóbbá is teszi a tranzakciókat.

3D nyomtatás és blokklánc, mint szolgáltatás (blockchain as a service, BaaS) egymásra találásához most az amerikai légierő egyik projektje adja a keretet. A projekt a SIMBA Chain vállalattal közösen, printelt darabok regisztrálásához és életciklusukon keresztüli nyomon követéséhez használják a technológiát.

A blokklánc adatbázisban minden egyes blokk az előzővel kapcsolatos referenciát és időpecsétet tartalmazó bejegyzés. A blokkokat algoritmusok rendezik kronológiai, titkosított lánccá, egyben lehetetlenné teszik a lánc újbóli elrendezését.

A DARPA által támogatott SIMBA Chain az amerikai hadseregnek dolgozott ki biztonságos, hackertámadásoktól nem veszélyeztetett üzenetküldő és ügyletek bonyolításának helyet adó láncot. Elsődleges alkalmazása a Védelmi Minisztérium szárazföldi csapatok és főhadiszállásuk, hírszerző ügynökök és a Pentagon közötti kommunikációja.

Mivel a technológia a korábbiaknál nagyobb biztonságot nyújt, a 3D nyomtatás világában is felfigyeltek rá. A Moog, egy amerikai légi ipari és védelmi cég 2018-ban szerződést kötött a Nemzeti Gyártóközponttal, hogy a minisztériumnak additív gyártásra vonatkozó blokkláncos biztonsági megoldást dolgoz ki. A Wipro szintén fejleszt 3D nyomtatórendszereket célzó blokkláncos gyártóalkalmazásokat.

A légierő bonyolult ellátási láncon keresztül biztosítja az előretolt csapatok felszerelését és a kapcsolódó javításokat. Mivel a lánc komoly gyártásbiztonsági problémát jelent, és egyes hibák miatt ellenséges erők kényes információkhoz juthatnak hozzá, módosíthatnak kritikus adatokat, egyrészt elosztott gyártással, másrészt nagyobb biztonsággal lehet megakadályozni a bajt.

A SIMBA Chain decentralizálja a 3D nyomtatást, miközben az adatok integritását is megőrzi. A légierő blokklánc-prototípusa garantálja a nyomatok pontos követését, így a legtitkosabb 3DP tervek is elküldhetők előretolt csapatokhoz, kívülálló nem láthatja azokat.

Néhány évtizede a jegesedés számított a repülést leginkább veszélyeztető időjárási tényezőnek. Azóta rengeteget változott a világ, jól működik a jégtelenítési technika, fejlettebb a meteorológia, a pilóták jobban ismerik a problémát.

A balesetek száma csökken, de sajnos még mindig előfordul, hogy a jegesedés – a gép szárnyán a talajon vagy repülés közbeni jégképződés – a kiváltó ok. Repülőgépgyártók és légitársaságok az 1930-as évektől rengeteget foglalkoznak a problémával, az új technológiák jóvoltából kutatók és mérnökök jelentős lépéseket tesznek a megoldás felé.

Az előrelépés részben a 3D nyomtatásnak köszönhető.

A NASA, az amerikai Szövetségi Repülési Hivatal (FAA), a Francia Légi Labor (ONERA) és amerikai egyetemek 3D szkenneléssel és printeléssel (is) igyekeznek létfontosságú adatokhoz jutni a jégformálódásról és hatásairól.

Az új infókat jövő májusban publikálják, az anyaggal igyekeznek megkönnyíteni a gyártók munkáját.

Sokáig elég kezdetleges módszerekkel vizsgálták a problémát. Speciális szélcsatornában jeget állítottak elő: rendkívül hideg vízcseppeket csepegtettek repülőgép-felületre, amelyen meg is fagytak. A jeget felmelegített fémlapon feldarabolták, körvonalait kartonpapíron vizsgálták.

A módszer hasznos, szimulációhoz alkalmazható adatokat eredményezett, viszont pontatlansága miatt erősen korlátozott, mert a finomabb részletek nagy része odavész.

Más eljárásokkal, például formázással és öntéssel is próbálkoztak létrehozni összetett jégszerkezeteket, amelyeket a szélcsatornában a repülőgép felületére helyeztek, s teszteltek.

A 3D nyomtatótechnológiát a NASA által irányított kutatócsoport vezette be. A jégképződést leszkennelték, majd a szkeneket kinyomtatták, azaz pontos fizikai másolatot készítettek. Az új megközelítés hatására a jegesedésre vonatkozó szabályozás és szabványok is változhatnak, pontosíthatnak rajtuk. Az FAA mostani szabályozására rá is fér, mert évekkel ezelőtt gyűjtött, elavult adatokon alapul.

Pontosabb adatokkal a számítógépes szimulációk is megbízhatóbbak lesznek.

A NASA 2016 óta dolgozik együtt az Electronic Alchemy-vel, a Goddard Űrhajózási Központ akkor kötött szerződést a céggel, hogy nyomtassanak grafén-alapú kisteljesítményű vegyi érzékelőket.

Azért van szükség rájuk, mert a korróziót okozó gázok miatt az űrhajók kiszámíthatatlanná válhatnak, és lezuhanhatnak. Az új szenzorok nagyon érzékenyek ezekre a gázokra, és rendkívül gyorsan fel is derítik őket.

Azonban még jobb lenne, ha a nyomatok a Föld helyett az űrben, például űrhajón készülnének el. Az ok: alacsony Föld körüli pályára hónapokig, sőt, évekig, a Holdra vagy a Marsra tartó missziók esetében pedig még tovább tarthat az utánpótlás eljuttatása. Helyben történő nyomtatással rengeteg időt és kockázatot spórolnak meg.

A NASA pár hónapja 2 millió dolláros megbízást adott űrbeli használatra szánt többszenzoros eszközök fejlesztésére, és az izraeli Nano Dimension rádiófrekvenciás rendszereket készít a Nemzetközi Űrállomásnak (ISS). A szenzorok terepjárókra, műholdakra szerelhetők, úgy jobban érzékelik csillagok és bolygók összetételét.

Az Electronic Alchemy továbblépett, a NASA számára fejlesztett eForge rendszere teljesen működő elektronikai cuccokat tud nyomtatni. A gép űrküldetések alatt is üzemel, tetszés szerint, on-demand printelhetők vele szenzorok stb. Az Űrügynökséget így megkíméli az utánpótlás-szállítás költségeitől.

A cég mindeközben nyomtatott elektronikus eszközöket újrahasznosító szerkezetet is fejleszt, amellyel még kevesebb szükség lesz a Földről küldött utánpótlásra.

Az FDM technológiát használó eForge rendszer kiváló felbontású, nagyméretű darabokat printel. 8 extruderrel szimultán 8 anyagot nyomtat, mindegyik anyag hőmérsékletét külön szabályozza, és akár 300 fokon is működik.

A rendszert tesztelve, cipő talpbetétjébe helyezhető nyomásszenzor-hálózatot printeltek. Biometrikus azonosítást is végez, három lépés után az azonosítás pontossága meghaladja a 95 százalékot.

Az eForge-al rezgés-, hang-, fény-, hőmérséklet- és rádiófrekvenciás szenzorok szintén készíthetők.

A San Antoniói Texasi Egyetem (UTSA) és a Délnyugati Kutatóintézet (SWRI) közös projektben vizsgálja a „hidrogénridegedés” additív gyártással készült fémszerkezetekre kifejtett hatását.

A tömör és sima fémbevonatok előállításakor keletkező hidrogén beépül az alapfémbe, illetve a bevonatba, és egy idő után például olaj- és gázvezetékeknél törést okozhat. (Egy példa: 2014-ben Kazahsztán legnagyobb olajmezőjét két évre be kellett zárni vezetékek törése miatt.)

A 3D nyomtatás sok más területhez hasonlóan, az olaj- és gázszektorban is terjed.

A kutatók az iparágban tipikusan használt, mechanikus tulajdonságai és a korróziónak való ellenállása miatt nagyon kritikus feltételek mellett is alkalmazott nikkel-718 ötvözetre összpontosítva vizsgálták, hogyan teremtődnek meg a ridegedés feltételei 3D nyomtatással történő anyagfeldolgozáskor, az ötvözet printelése során.

A jelenséget molekuláris szinten tanulmányozzák, mivel a vezetékeknél csak akkor áll elő, ha anyagaik atomos hidrogént nyelnek el. Megfigyelik, hogy az atomok miként alakítanak át nagy nyomás és magas hőmérséklet mellett fémszerkezeteket.  

A jövő fémalapú additív gyártását (AM) a kutatók úgy szeretnék megváltoztatni, hogy kevésbé vagy egyáltalán ne legyen kitéve a káros folyamatnak. Ha a jelenséget jobban megértik, az AM-et és az utómunkálatokat is hatékonyabban tudják optimalizálni, megelőzhetnek gazdasági mellett környezeti károkat is okozó repedéseket, töréseket, lassíthatják a nyomtatott anyagok kopását, minőségromlását.

Fémekkel történő additív gyártásnál általában nem tesztelik, hogy mennyire érzékenyek a hidrogénridegedésre. A kutatók véleménye, hogy mihelyst befejezik a tanulmányt, hatására bővülni fog a 3D fémnyomtatás alkalmazási köre. Az ok: a hidrogénridegedés beható ismeretében a gyártási és utómunkálati paramétereket már úgy fogják kidolgozni, hogy megakadályozzák a káros jelenséget.

A két intézménynek nem ez az első 3D nyomtatással kapcsolatos együttműködése. Korábban többhetes gyógyszeradagolást biztosító printelt implantátumon dolgoztak közösen. Az eszköz rákos, AIDS-es, köszvényes és más betegeken segíthet.

A világ lakosságának közel ötöde, előrejelzések alapján 2025-ben már 1,8 milliárd személy él vízhiányos területen. A probléma megoldásához – a túléléshez – a vízhasználat forradalmára lesz szükség.

A mai vízrendszerek egye nehezebben kezelik a növekvő vízhiányt és szükségleteket. A technológiai fejlődés, például a 3D nyomtatás sokat javíthat a helyzeten, átalakíthatja a vízgazdálkodást és infrastruktúrát.

A 3DPrint.com öt megoldást javasol.

Halgazdaságok vízminőségének javítása az első.

A világ haltenyésztésének 47 százaléka ezeken a farmokon történik, amelyeknek a szükségletekkel mindenképpen tartaniuk kell a lépést. Az akváriumoktól a víz savasságáig, kb. mindenen változtatni kellene. 3D nyomtatás és a halgazdaságok egymásra találása a vízminőséget kontrolláló innovatív és költséghatékony megoldásokat eredményezett eddig is, és a jövőben még több várható.

A sótlanítással előállított ivóvíz a második.

A legeredményesebb technikák kidolgozásában 3D nyomtatók is sokat segítenek, például az USA Energiaügyi Minisztériuma gőzerővel dolgozik a területen.

Az olcsó és szállítható víz elemzése a harmadik.

Szomorú és szinte hihetetlen tény, hogy a fejlődő országokban a fertőzött víz fogyasztása az egyik leggyakoribb halálozási ok. Hatékonyabb tesztek és a minőség pontos mérése az egyik megoldás. Ahhoz, hogy eldugott falvakban is működjön olcsó távtesztekre lenne szükség. Kutatók ki is dolgoztak hozzá egy, elemmel működő, rendszerekhez – és adatokhoz – vezeték nélkül kapcsolódó nyomtatott mérőeszközt. A színváltozások rögzítéséhez 8 megapixel felbontású digitális kamerát használnak.

A víztisztítás és szűrés a negyedik.

A fertőzött víz elemzése remek technika, de a fertőzés megszüntetése még jobb. Tisztító- és szűrőrendszereket régóta fejlesztenek, 3DP-vel viszont rövid idő alatt és költséghatékonyan működő rendszerek építhetők, amelyekkel távoli települések is elérhetők. Már nyomtatnak nanorost-membránokon alapuló, a hagyományosaknál 70-80 százalékkal kevésbé lukacsos szűrőket.

A szennyvíz hatékony kezelése az ötödik.

2014-es ENSZ-anyag alapján a víz több mint 80 százalékát „kezelik.”  A dinamikusan fejlődő Kínában és Indiában különösen fontos problémáról van szó, és a 3D nyomtatás (például a printelt membránok) ezen a területen is forradalmi lehetőségnek tűnik. Létfontosságú, hogy a nem kezelt víz ne kerüljön vissza a környezetbe.

Yves Béhar, San Franciscói designer 1999-ben alapított Fuseprojectje többek között az MIT Médialaborral készített robotikus bútorokat, magunkon viselhető UV szenzorokat, a kaliforniai ingatlanárakat csökkenteni hivatott előregyártott épületelemeket stb.

Idén bejelentett új projektje elszegényedett latin-amerikai mezőgazda-közösségnek 3D nyomtatással készülő házakról szól. A globális hajléktalanságra megoldásokat kereső nonprofit New Story és a házépítési technológiákkal foglalkozó ICON a partnerek.

2018-ban álltak össze, havi 200 dollárnál kevesebb bevétellel rendelkező családoknak akarnak építeni elfogadható árú, jó minőségű otthonokat. Most a „világ első 3D nyomtatott lakóközösségén” dolgoznak, latin-amerikai farmerek a célcsoport.

Elsőként több generációnak otthont adó lakásokon dolgoznak, nyomtatásukra még 2019-ben sor kerül. Együttműködtek a leendő lakókkal, hogy együtt válasszák ki a földterületet, és közösen tervezzenek. A tavaly elkészült printelt modellen, különböző szükségleteket kielégítve, többször módosítottak.

Kiderült, hogy az egy család egy lakás koncepció nem felelt meg az elvárásoknak, helyette változatos programokat biztosító, éghajlati tényezőket, a családok növekedését és a teret figyelembe vevő rendszert terveztek.

A lakóhelyek 120 négyzetméteresek, belsejük pedig 55. A családok a fedett külső konyhákat, az étkezőket és a baromfitartásra alkalmas kerteket szintén használják.

A betonfalakat csíkos mintákkal díszítik, a lakók maguk döntenek a fal színéről. A tetőt a heves esőknek és a talaj szeizmikus aktivitásának megfelelően alakítják ki, hogy minél jobban ellenálljon az időjárás viszontagságainak, és minél nagyobb védelmet nyújtson földrengésekkel szemben. A falakat úgy dolgozzák ki, hogy a lakások szellőzése természetes legyen.

A konyha, fürdőszoba stb. szinte összes belsőépítészeti eleme szintén 3D nyomtatással készül. A falakhoz és épületelemekhez hordozható, nagy printereket alkalmaznak, amelyeket eleve úgy terveztek, hogy szinte semmi hulladékot ne termeljenek, és nehéz körülmények között (víz-, áramkorlátozás, infrastruktúrabeli hiányosságok stb.) is működjenek.

Béhar és a New Story szerint modellt teremthetnek, hogy hogyan lehetséges remek minőségű lakóépületeket készíteni a legszegényebb közösségek számára. Meggyőződésük, hogy hagyományos módszerekkel nehezebb lenne, kevesebb iterációra és „személyre szabásra” nyílna lehetőség, és az egész folyamat sokkal tovább tartana.

Három dán vállalat (GXN Innovation, Dán AM Hub, Map Architects) közös kezdeményezése (Break the Grid) alapján autonóm szerelőrobot-csapat figyelheti az épített és a természetes környezetet, és javíthatják ki a károkat. Utóbbit 3D nyomtatással teszik, mert (a világban navigáló) mobil printerekről van szó.

Furán néznek ki, de küllemük hozzájárul ahhoz, hogy földön, vízen vagy levegőben közlekednek. Az egyik csúszik-mászik, a másik úszik, a harmadik repül.

A három cég globális kihívásra, a tenger- és óceánpartok folyamatos pusztulására és az infrastruktúra hanyatlására igyekszik megoldást találni, amit 3D nyomtatók mobilissé tételében látnak. Ha a gépek képesek dinamikus helyváltoztatásra, olcsóbban és hatékonyabban kezelhetnek környezeti problémákat.

Három különböző felhasználásra szánt koncepcióval álltak elő. Mindegyik gép önállóan érzékeli a közeget, azonosít problémás területeket, és igyekszik megoldást találni rájuk.

Városokban és városokon kívül hatlábú robot fog ténykedni; betonból épült szerkezetek (utak, házak stb.) repedéseit, töréseit figyeli. Ha idő előtt detektálja és kijavítja a károsodást, megelőzi a további korróziót okozó víz- és oxigénszivárgást. A kalciumkarbonát-képződést (és így a szerkezet „öngyógyítását”) segítő speciális gombaszármazékot tartalmazó, lyukacsos betétszerű anyaggal dolgozik.

A tengeralatti robotprinter a partszakaszt és a vízi élőlények lakhelyét védő mesterséges zátonyokat épít. Osztrigák által termelt természetes ragasztóanyag által inspirált matériát használ hozzá: óceánfenéki homok és ragasztó keverékét extrudálja.

A harmadik magas épületek, felhőkarcolók teteje körül működő drón. Akkor áll munkába, amikor romló állagú falak miatt energetikailag egyre kevésbé hatékony egy épület. A javításhoz új anyagot fejlesztenek, üveg és polimer egyedire kidolgozható kompozitját, amellyel az adott szerkezetekbe hőszigetelés integrálható.

Mindhárom robot meglévő technológián alapul, és a printerek is megvannak a prototípusok kivitelezéshez. A fejlesztők bizakodnak, hogy az additív gyártóiparnak új lehetőségeket villantanak fel.