FREEDEE BLOG

3D nyomtatás és építészet, 3D nyomtatás és művészetek egyre több és szorosabb szállal kapcsolódnak össze, és a jövő számos újabb alkalmazási lehetőséggel kecsegtet. Míg néhány éve kuriózumnak számított egy-egy épületelem, épület printelése, az építőipar ma már egyre gyakrabban használja a technológiát, aknázza ki előnyeit.

A betonnyomtatók is komoly fejlődésen mentek keresztül, egészen méretes darabok, épületelemek hozhatók létre additív technológiával.

A legújabb példa a zürichi Digitális Építésztechnológiák (DBH) és a Svájc délkeleti részén lévő Riomban megrendezésre kerülő Origen Fesztivál közös munkája, a kilenc egyedi tervezésű, 2,7 méter magas oszlopból álló Betonkoreográfia (Concrete Choreography).

Minden egyes betonoszlop nyomtatása két és fél óra hosszat tartott, a Zürichi Svájci Szövetségi Technológiai Intézet (ETH Zürich) által kidolgozott technológiát használták. (Az ETH Zürich komoly részt vállalt a világ első nemcsak digitálisan tervezett, hanem 3D nyomtatással és robotokkal kivitelezett lakott épületének, az idén megnyílt DFAB House-nak a létrehozásában is.)

Digitális gyártást és építészetet tanuló egyetemisták, PhD-hallgatók a réteges extrudáló nyomtatás lehetőségeivel kísérletezve, a kilenc oszloppal szemléltetik a számítógépes tervezés és a digitális gyártás lehetőségeit, hogy mik valósíthatók meg a beton és a 3DP összekapcsolásával.

Ugyanazt a robotkar extrudáló rendszert használták, amellyel a DFAB House sok részét készítették. Az új gyártási folyamattal a betonelemek zsaluzás nélkül létrehozhatók, és a komplex geometriájú egyedi tervek teljesen automatizált módon valósíthatók meg. A lyukacsos betonszerkezeteket úgy nyomtatják, hogy az anyagot csak akkor használják, amikor valóban szükség van rá. Az építés így fenntarthatóbb, környezetbarátabb, mintha hagyományos eljárásokat alkalmaznának.

A számítógéppel tervezett díszítőelemek és a felületi textúrák hangsúlyosabbá teszik a betonnyomtatás tág esztétikai lehetőségeit.

A bionyomtatás ugyan gyorsan terjedő technológia, de az erre specializált printerek túlnyomó többségét ennek ellenére egyelőre csak laboratóriumokban használják. A velük végzett kutatások rendkívül fontosak, viszont egyre több intézmény tervezi laborokon túlmutató használatukat.

A technológia űrbéli alkalmazása is ilyen trend, amelynek egyik képviselője, a floridai nScrypt a világűr mellett az anyabolygóra is gondol, és az amerikai hadsereggel, az Egyenruhás Egyetem 4D Bi3 Programjával, a RoosterBio Inc-kel és a Geneva Alapítvánnyal közösen a technológia földi hasznosítását (is) tervezi.

A kezdeményezés részeként az nScrypt egyedire alakítja az eredetileg a Nemzetközi Űrállomásra (ISS) szánt Bio-összeszerelő Szerszám (BAT) nevű gépet. Könnyű és strapabíró, védőburkolattal lefedett szerkezetté változtatják. Úgy dolgozzák ki, hogy a gép új helyének az előzőhöz képest megváltozott környezeti feltételei ne zavarják a bionyomtatást.

Az „aszkéta” nevű új printert meg nem nevezett katonai helyszínre szállítják, és a RoosterBio emberi csontvelőből kinyert, printelésre kész őssejtjeivel fognak dolgozni. A tervek szerint a géppel és az anyagokkal sivatagi közegben több kísérletet végeznek, a kísérleteket pedig értelemszerűen kiértékelik majd.

A munkát a Katonai Akadémia Vegyészet és Élettudományok Tanszékének egyik kutatója, Jason Barnhill vezeti. Nyomtatott műanyag orvosi modelleket, bionyomtatott őssejteket, következőgenerációs sebtapaszokat fognak behatóan tesztelni.

A projekt végső célja, hogy a harctéri sebesüléseket gyorsan gyógyító megoldásokat, kötéseket, sztenteket és speciális bioérzékelőket dolgozzanak ki. A harctéri bionyomtató nagy előnye, hogy a helyszínen, kívánság szerint (on-demand) működik. Ottani tevékenységével jelentősen csökkenthetők az orvosi műszerek magas logisztikai, raktározási, hűtési és szállítási költségei.

A gép csak azt és akkor nyomtatja, amire és amikor a katonáknak pont szükségük van.

Az amerikai hadsereg kutatólaboratóriuma (ARL) 15 millió dolláros szerződést kötött a 3D Systemsszel. A Gyártástudományok Nemzeti Központjával együttműködő cég feladata „a világ legnagyobb, leggyorsabb, legpontosabb 3D fémnyomtatójának fejlesztése.”

A gépet, telepítése után, a hadsereg vezető légi- és védelmi ipari beszállítói is használhatják. Joseph South, az ARL additív gyártással foglalkozó részlegének programmenedzsere szerint az eddigi lézeralapú porágyas 3D printerek túl kicsik, lassúak és pontatlanok voltak, és e hiányosságok miatt nem lehetett nagyobb harctéri rendszereket előállítani velük.

Ezen akarnak most változtatni, a technológia használatával a kritikus nemzeti biztonsági lánc lehetőségeit bővítenék.

A 3D Systems fémprinter-parkja hét gépből áll, mindegyik a cég közvetlen fémnyomtató (direct metal printing, DMP) technikáját használja. A legnagyobb, a DMP Factory 350 maximális munkaterülete 275x275x380 milliméter, míg az ARL számára készülőé 1000x1000x650 lesz. A nyomtató túlszárnyalja a szektor mostani legméretesebb gépeit, az SLM Solutions SLM 800-át és a GE Additive Beta Project Atlas rendszerét.

A printert a 2018 októberében indult Fejlett Gyártás, Anyagok és Folyamatok (AMMP) program keretében fejlesztik. Specifikációiról még annyit tudni, hogy a minimális falvastagság 100, rétegvastagság pedig 30 mikrométer lesz. (1 mikrométer a milliméter ezredrésze.)

Az amerikai hadsereg az elmúlt 20 évben számos 3DP-lehetőséggel próbálkozott, amelyeket a harctértől régi rendszerek felújításáig, különböző területeken alkalmaznak.

Az ARL erősebb anyagok, például masszívabb alumíniumötvözetek fejlesztésével is foglalkozik. Az óriásgéptől tartósabb alkatrészeket, gyorsabb gyártást várnak. Főként hosszú hatótávolságú lőszerekhez, következőgenerációs harci járművekhez, helikopterekhez, rakéta- és légvédelmi eszközökhöz fogják használni.

„Semmi máshoz nem hasonlítható gyártórendszert tervezünk létrehozni” – jelentette ki a 3D Systems alapító Chuck Hull.

A Markforged fém- és szénrost-alapú (kompozit) 3D printerei gépjármű-, olaj és gáz-, légi ipari termékekhez, illetve a legnehezebb gyári környezetekben történő használatra is tökéletes nyomatokat készítenek. A massachusettsi cég átalakítja a gyártást, gépei az eszközkészítéstől prototípusok gyors előállításáig, végtermékekig. sok célra hasznosíthatók.

A cég jelentőségét jól szemlélteti, hogy egyedüli 3DP vállalatként, négy nyomtatója szerepel a Discovery és a Science csatornákon júniusban indult BattleBots (Harci botok) sorozatban. A forgatás során, mindössze két hét leforgása alatt 29 csapatnak 160-nál több darabot printeltek.

A technológiával gyorsan meg lehet javítani meghibásodott robotokat, növeli harci teljesítményüket, optimalizálja szerkezetüket.

A sorozatban résztvevő csapatok kieséses rendszerben megmérkőző távirányított robotokat terveznek, építenek és működtetnek. A szigorú súlyfeltételek a 3DP technológiával könnyebben betarthatók, a Markforged gépeivel lehetséges a kritériumoknak megfelelő egyedi részeket készíteni, például felére csökkenthető egy-egy alumíniumdarab tömege.

„A Markforged és fantasztikus 3D printerei mentettek meg több csapatot, amelynek eltörött a robotja, aztán a gépek mégis folytathatták a versenyt. A nyomtatókkal kivitelezett, motorokra szerelt speciális ütésállók jóvoltából kevesebb gép hibásodott meg, megbízhatóbban működtek, és így még izgalmasabb volt a verseny” – nyilatkozta Greg Munson, a BattleBots Inc. alapítója.

A printerekkel több csapat egyébként más a filmezés előtti fejlesztéseknél is dolgozott. Szerszámokat és alkatrészeket készítettek velük, sokat segítettek a prototípusok kialakításában. Az összes érintett nagyon pozitívan nyilatkozott a 3D nyomtatókról, kiemelték, hogy időt és pénzt spóroltak meg velük, és egyes versenyelőnyökre csak a Markforged printereivel tehettek szert.

A Markforged termékeit Magyarországon a FreeDee Printing Solutions forgalmazza.

A Volkswagen Amerikai Csoportjának Elektronikus Kutatólaboratóriuma (ERL) Kaliforniai Innovációs és Mérnöki Központtá (IECC) alakult át, és egyben az autógyártó legnagyobb Németországon kívüli kutató létesítményévé vált. Az eseményt a cég hagyományait és a jövőtechnológiákat összekombináló, egyedi Type 20 „hippi” mikrobusszal ünnepelték.

A jármű az 1962-es Type 2-n alapul, természetesen elektromos, és egy csomó kísérleti eszközzel, érintésalapú tárgyakkal és interaktív elektronikus cuccokkal szerelték fel.

A kereket, a visszapillantó tükör támasztékát és a belső tér egyes kiegészítő elemeit Autodesk és ParaMatters szoftverekkel, az erőt maximalizáló és a tömeget minimalizáló generatív tervezéssel dolgozták ki.

A bonyolult geometriájú darabok előállítása részben a szoftver mesterséges intelligenciájának érdeme, másrészt 3D nyomtatás nélkül kivitelezhetetlenek lettek volna. A generatív tervezés jelentősen hozzájárult a „hippi külsőhöz”, amelyet holografikus megoldásokkal sikerült tovább fokozni.

A járműbe valósidejű arcfelismerő rendszert, a rendszer mellé a felhasználókat azonosító és jóváhagyó asszisztenst, három „intelligens” mikrofont és természetes nyelvű utasításokat feldolgozó beszédágenst is integráltak. Külső parancsokra a rendszer LED-es visszajelzésekkel reagál.

„A Volkswagen Csoport jövőjét a fogyasztók igényei szerint tervezett technológiák sikeres fejlesztése határozza meg. A következőgenerációs elektromos és autonóm járművek megjelenésével, az innováció fogja egyértelműen jelezni, hogy hol tartunk” – nyilatkozta a Volkswagen Amerikai Csoportját vezető Scott Keogh.

A szilícium-völgyi ERL-t 1998-ban alapították, három alkalmazottal, a mai IECC-ben több mint 180-an, mérnökök, terméktervezők, kutatók és társadalomtudósok dolgoznak. A közben eltelt 21 év alatt a központban több kulcstechnológiát, például prediktív navigációs és online beszédrendszert dolgoztak ki.

Az IECC két egységből, innovációs és mérnöki központból áll. A tervek szerint az összekapcsolt járművek, az „intelligens” vezetőülés, az autonóm vezetés és parkolás lesznek a kutatásfejlesztések főirányai.

A szilikonnyomtatásban élenjáró német Wacker bejelentette, hogy új printert és anyagokat mutat be az október 16. és 23. között Düsseldorfban megrendezésre kerülő K 2019 vásáron.

A müncheni Wacker Chemie AG egyik leányvállalata, az ACEO 2016-ban prezentálta a világ első ipari 3D szilikonprinterét, két éve pedig többanyagos (multi-material) szilikon-nyomtató technológiáját. A cég folyamatosan fejleszt nyomtatóanyagokat, többanyagos szilikonváltozatokat, 2018-ban elektromosságot vezető szilikon-elasztomert hoztak létre.

Szilikonokat például aktuátorokhoz, szenzorokhoz, generátorokhoz, fűtőberendezésekhez, hideg plazmához és nyomtatott elektronikus cikkekhez használnak. A 3DP lehetővé teszi integrált funkciók egyetlen lépésben történő kivitelezését, más gyártótechnológiákkal megvalósíthatatlan komplex szerkezetek kidolgozását.

A Wacker új 3D szilikonprintere, az ACEO Imagine Serie K2 szintén több anyagot fog használni, és új autókontroll technikával szerelik fel.

A gép maximum négy szilikonanyaggal képes egyszerre dolgozni. A nyomatok különféle színűek és keménységűek lehetnek, és segédanyagokat tartalmazó modellek szintén nyomtathatók.

Az új autókontroll a nyomtatási műveleteknél használt szilikonrétegeket méri, és hasonlítja össze a CAD modellben pontosan meghatározott célokkal. A program bármilyen eltérést észrevesz és kijavít, így a nyomat nagyon pontos lesz.

A gép és az elasztomer alkalmazására az orvosi, a gépjármű-, az elektronikai iparban egyaránt számíthatunk.    

„A műanyag és a gumitermékekkel szembeni követelmények drasztikusan nőttek az évek során, és egyes szabványanyagok képtelenek tartani a tempót. Ez az oka, hogy egyre több cég számol szilikon-elasztomerekkel. Bámulatos mechanikai és vegyi tulajdonságai miatt a szilikon nélkülözhetetlenné vált nehéz technikai problémák megoldásához, innovatív technológiák fejlesztéséhez és implementálásához” – nyilatkozta Christian Gimber, a Wacker szilikonos tervezéssel foglalkozó részlegének elnökhelyettese.

A német thyssenkrupp csoport áprilisban jelentette be a szingapúri Additív Gyártás TechKözpont Csomópont létesítését. A központtal folytatják délkelet-ázsiai terjeszkedésüket, és szintén áprilisban az AM régióbeli lehetőségeit elemző anyagot készítettek.

A 2030-ig tartó periódust vizsgáló tanulmányt a thyssenkrupp és szingapúri partnerei, helyi szakértők jegyzik.

A Délkelet-ázsiai Nemzetek Szövetségéhez (ASEAN) tíz tagország (az alapító ötök, Fülöp-szigetek, Indonézia, Malajzia, Szingapúr, Thaiföld, és a később csatlakozott Brunei, Vietnam, Laosz, Mianmar, Kambodzsa), valamint két megfigyelő (Pápua Új-Guinea, Kelet-Timor) tartozik.

A szerzők az AM pozitív hatásai közül főként a munkahely- és gazdasági értékteremtést emelik ki.

A technológia jelenlegi helyi alkalmazása még nem széleskörű, a 2019-re becsült ázsiai összesített szakterületi költésnek csak az 5-7 százaléka esik a térségre. Ennek ellenére komoly a növekedési potenciál, a gyártóipar az összesített GDP 20 százalékát termeli, közel 50 millió alkalmazottal, és a szektorban további növekedés várható.

Az AM 2025-ig a GDP 1,5-2 százalékát jelentő kb. 100 millió dollár pluszértéket generál. A technológia elterjedésével csökken a tagországok importfüggősége, számszerűsítve, a helyi gyártásra legalább 30-50 milliárd dollár vonatkozik. Ez annyit jelent, hogy a teljes függőség mintegy 2 százalékkal csökkenthető.

Az AM jelentős mértékben hozzájárul a fenntartható fejlődéshez, több szektorban, például a gépjármű-, az elektronikai és a vegyiparban növeli a versenyképességet, de az egészségügyben, orvosi műszerek és légi járművek gyártásában szintén a fejlődés egyik motorja lesz.

Az érintett felek együttműködése, az AM elterjedését és a fejlesztéseket támogató ökoszisztémák szintén a siker feltételei. A szakterület 2030-ig 3-4 millió új állást teremthet.

Szingapúr szerepe kitüntetett. A városállam a régió jelenlegi additív gyártásának 40 százalékát adja, míg Malajzia és Thaiföld együtt szintén 40 százalék. A legnagyobb hátrányt a hiányos vagy nemlétező szakterületi ismeretek jelentik.

A NASA a pittsburghi Carnegie Mellon Egyetemet (CMU) választotta ki a jövő repülőgépeivel foglalkozó programjának vezető kutatóintézményévé. A program keretében a repülés legsürgősebben megoldandó problémáival foglalkoznak. A kutatásokat az oktatási intézet Új Gyártóközpontjában, a Jövő Gyártása Iniciatíva keretében kivitelezik.

A CMU szakértői szerint az utóbbi nyolc évben a fémnyomtatás komoly hatással volt a repülőgépgyártásra, hajtómű-alkatrészektől a gépváz szerkezeti elemeiig és más részekig, a technológiát több területen alkalmazzák.

„A projekt nagymértékben hozzá fog járulni az USA iparági gyártókapacitásának a növeléséhez” – véli a CMU ezirányú tevékenységét vezető Tony Rollett.

A kutatók az additív gyártás (AM) új felhasználási módjaival kísérleteznek, amelyekkel az előállítási költségek csökkenését, a tömegtermelés minőség- és biztonságromlás nélküli, valamint a megbízhatóságot fenntartó felgyorsítását akarják elérni.

A tanulmányokat és teszteket a csomópontnak szánt új gyártóközpontnak helyet adó Mill 19-ben, egy ikonikus régi acélműben kivitelezik, és egyeztetik össze ugyanott a fejlett robotikus gyártással.

A következő 5-10 év egyik legnagyobb kihívásának a gyártófolyamatok minősítését tartják, és a résztvevők egyöntetűen állítják, hogy a projekt a lehető legkedvezőbb időpontban indul.

A lézeres porágyas fúzió implementálásától különösen a kisszériás és rövid idő alatt elkészülő darabok gyártási költségeinek csökkenését várják, miközben a beszállítók munkafolyamatait és eszközeit is minősítik.

A programmal a NASA újfajta együttműködést akar kialakítani repüléssel foglalkozó részlege és az egyetemi közösségek között. A CMU az additív gyártás mellett gépi tanulás és robotikai szakértelmével is hozzájárul a várható sikerhez.

A 2017-ben az Európai Bizottság által alapított Industry 2030 csoport beszámolót készített a kontinens iparának közeljövőjéről. Másfél évig dolgoztak rajta, az additív gyártás mellett többek között a génszerkesztést, a kvantumszámításokat, a hidrogén üzemanyagcellákat emelték ki meghatározó jelentőségű technológiákként.   

Az anyag alapján 2030-ra az uniós ipar világvezető lesz, és felelősségteljesen közvetít társadalmi, gazdasági és környezeti értékeket. A 3D nyomtatás kitüntetett szerepet tölt be az odáig vezető folyamatokban, az ajánlásokban nagyon fontos hangsúlyt fektetnek rá, a stratégiai növekedés egyik kulcsát látják benne.

A hétfőn megjelent tanulmányt az Eszközgyártó Ipar és Gyártótechnológiák Európai Szövetsége (CECIMO) még aznap el is fogadta. A szervezet kontinens-léptékben promótálja az additív gyártást.

A 15 nemzeti szervezetből álló csoport szerint az anyag sokat segít a 3DP népszerűsítésében, és rávilágít a technológia pozitív következményeire: az egész kontinensen komoly értékeket teremt, kisebb ellátási láncokat tesz lehetővé, lerövidíti új termékek tervezési, fejlesztési és tesztelési idejét, csökkenti az előállítási költségeket.

Az éghajlatváltozás árnyékában, a zöld szempontok rendkívül fontosak, mert minél környezetbarátabb egy technológia, annál inkább alkalmazni kell, és ki kell aknázni a benne rejlő potenciált. Márpedig a 3DP fenntarthatóbb ipari folyamatokat biztosít, kevesebb az anyagveszteség, támogatja a kívánság szerinti (on-demand) és a helyi gyártást.

„Fontos lépés a hosszútávú uniós ipari stratégia felé. Figyelemre méltó, hogy a tanulmány a sikerek központi hajtóerőiként emeli ki a stratégiai értékláncok és az értékteremtő hálózatok szerepét. Minden részletre kiterjedő megközelítés mellett kardoskodunk, amely az ipari szereplők szektorokon átívelő együttműködésre, a digitális átalakulás közös megvalósítására ösztönöz” – áll a CECIMO értékelésében, majd hozzáfűzték: az Európai Bizottság számára elérkezett az idő, hogy valósággá váltsa a látomást.

Minden növényhez és természetes anyaghoz hasonlóan a fák a növekedésüket, környezetükben való létüket biztosító egyedi tulajdonságokkal (speciális lyukacsosság, keménység stb.) rendelkeznek.

Feldolgozásuknál viszont nem lehet vagy nagyon nehéz megőrizni ezeket az adottságokat. A legtöbb feldolgozási módszer egyáltalán nem törődik a fasejtek ultraszerkezetével, felépítésével.

A svéd Chalmers Műszaki Egyetemen ilyen szerkezeteket „átmentő” technikát dolgoztak ki. Korábban, a fapép nyomtatható nanocellulóz géllé alakításával, faalapú „tintát” hoztak létre. Most pedig a fa genetikai kódját „értelmező” és a 3D printert az ultraszerkezetek másolására utasító megoldást találtak.

„Áttörés a gyártótechnológiában. Lehetővé válik, hogy átlépjük a természet korlátait, és fenntartható új zöldtermékeket hozzunk létre. Az erdőből származó mai termékek rövidebb idő alatt lesznek printelhetők, a gyakran használt fémek és műanyagok megújuló alternatívával helyettesíthetők” – jelentette ki a projektet vezető Paul Gatenholm.

A kutatók arra is rájöttek, hogy ha a növénysejt egyik alkotóelemét, hemicellulózt adnak a tintához, az anyag erősebb lesz.

„Ha így állítunk elő termékeket, sok erőforrást és károsanyag-kibocsátást megspórolhatunk. Képzeljük el, hogy helyileg nyomtatjuk a csomagolást. Komoly alternatívát kínálunk a műanyagoktól és széndioxidot generáló szállítástól erősen függő területen. A csomagolás veszteség nélkül lesz kivitelezhető” – magyarázza Gatenholm.

A kutatók szerint nyomtatótechnológiájuk a világűrben is működhet. A folyamatot bemutatták az Európai Űrügynökség (ESA) egyik workshopján, illetve a Florida Tech és a NASA közreműködésével mikrogravitációs környezetben tesztelik.

Az alapanyag döbbenetes mértékben újrahasznosítható, így hosszabb űrutazások során a helyszínen is lehet vele dolgozni. Az űrutazás mindig is a földi anyagfejlesztések katalizátora volt” – összegez Gatenholm.