FREEDEE BLOG

A gyártóiparban egyre gyorsabban terjed a 3D nyomtatás. A technológiával lényegében minden méretű és fajtájú tárgy előállítható, sokkal nagyobb a tervezői szabadság, termékek egyénibbre alakíthatók ki, folyamatos az innováció.

Egyes nyomtatóeljárások már teljesen bevettek, mainstream ipari technikákká váltak. A 3D mikrogyártás területén, azaz nano- és mikroméretű szerkezetek előállításában viszont még nagyon érzékelhető, hogy a kezdeteknél tartunk: egyelőre főként a prototípuskészítésen a hangsúly, de foglalkoznak már eszközök előállításával és kisszériás gyártással is.

Ne felejtsük el, hogy teljesen más, a bevett gyakorlatnál sok-sok nagyságrenddel kisebb mérettartományról van szó.

A terület élenjárója a német Nanoscribe speciális 3D nyomtatókat és fejlett szolgáltatásokat kínál a „haladó” 3D mikrogyártáshoz.

A cég Photonic Professional GT2 rendszerével mikron alatti méretben lehet részeket, egészen különleges (lyukacsos, görbe, egyenes, sima stb.) tárgyakat előállítani. A 3DP más alkalmazásaihoz hasonlóan, a tervezői szabadság a mikrogyártásban is fontos, a korábbi korlátok túllépéséhez nélkülözhetetlen tényező.

Az alap az automatizált kétfotonos polimerizáció (2PP), amellyel egyszerű és bonyolult, organikus stb., maximum 100 köbmilliméteres formák dolgozhatók ki.

A Nanoscribe mikrogyártás megoldás csomagja precíziós optikákon, sokféle anyagon, speciális alkalmazásokhoz kidolgozott szoftverlehetőségeken alapul. Jelenleg ez a csomag felel meg legjobban a 3D mikrogyártás szigorú követelményeinek, máskülönben a megfelelő hardver-, szoftver- és nyomtatóanyag-kombináció megtalálása komoly kihívásokkal járó, időigényes folyamat lehet.

Elektronika, áramkörök és szenzorok 3D nyomtatása sokáig kivitelezhetetlennek tűnt. Ma már több helyen próbálkoznak vele, és a próbálkozásokat egyre inkább siker koronázza.

Az Airbus Csoport védelmi részlegének elektronikával foglalkozó csapatából kinőtt, németországi székhelyű Hensoldt multinacionális nagyvállalat biztonsági és védelmi csoportja az érzékelőtechnológiákra specializálódott, jelenleg a terület egyik meghatározó szereplőjének számítanak.

Legutóbb az elektronikai termékek nyomtatásával foglalkozó izraeli Nano Dimension-nel léptek partneri kapcsolatba, amelynek keretében a kaliforniai és hongkongi irodával is rendelkező 3DP cég különleges DragonFly printerét használják.

„Fogyasztóinkat a legjobb minőségű csúcstechnológiás újdonságokkal szeretnénk ellátni. Alkalmazásfejlesztéseinket a Dragonfly gépek máris felgyorsították” – nyilatkozta Thomas Stocker, a Hensoldt vezető mérnöke.

Az együttműködéstől rövidebb termékfejlesztési ciklusokat várnak. A 3DP, a speciálisan elektronikus dolgokra kitalált Dragonfly biztosítja a következőgenerációs tervezési módszerekkel való kísérletezést, lehetővé teszi hagyományos eljárásokkal megvalósíthatatlan termékek kivitelezését.

Ezek a termékek, például szenzorok teljesen egyénire dolgozhatók ki, mindent a megrendelő igényei szerint alakítanak rajtuk. Teljesül az áramkörök nyomtatásának egyik feltétele: csökkenthető a munkafolyamat lépéseinek száma.

Nyomtatott áramköri lapokkal (printed circuit boards, PCB) mások szintén foglalkoznak. A NASA űrmissziókhoz dolgoz ki egyedi többszenzoros megoldásokat, az amerikai légierő pedig speciális antennarendszerek kialakításához használja a technológiát.

A Dragonfly printert már több területen alkalmazták – rádiófrekvenciás (RF) űrrendszereket, okos otthonokba kerülő „dolgok internete” (Internet-of-Things, IoT) kommunikációs eszközöket készítettek vele.

„Örülünk, hogy segíthetünk a Hensoldt mérnökeinek. Közös munkánk az additív gyártás elektronikai alkalmazásának megváltozásához vezethet” – jelentette ki Amit Dror, a Nano Dimension igazgatója.

A londoni Nudes Architecture építészeti stúdió, az indiai Fracktal Works 3D nyomtatógyártó és a szintén indiai Folds Design Studios printelt szobrot állított fel az egykori Bombay, ma Mumbai nemzetközi repterén.

A közel 2,5 méter magas és 1,9 méter széles alkotást 61 FFF-technikával készült darabból szerelték össze és fel egy fémszerkezetre/oszlopra.

A reptér kettes terminálján júliusig megtekinthető Jhada nevű szobor a szubkontinensen gyerekcipőben járó digitális gyártás léptékét és lehetőségeit hivatott szemléltetni.

„Furnérlemezek vágása vagy hagyományos anyagok, például fémek használata helyett inkább csúcstechnológiás tervezőeszközöket, anyagokat és 3D nyomtatást használtunk a más eljárásokkal egyébként megvalósíthatatlan szoborhoz” – magyarázza Krishna Murthy, a Folds Design Studios főépítésze.

A printeléshez a Julia széria néven ismert FFF-gépeket fejlesztő Fracktal Works több mint húsz ipari nyomtatóját használták. A részeket az utómunkálatok után állították egybe, szerelték rá az oszlopra, majd szállították a reptérre.

Hét nap alatt végeztek az egésszel, ilyen léptékű művészi installáció ilyen rövid idő alatt még nem készült el a szubkontinensen. A szobor a digitális gyártás lehetőségei mellett a közép-nyugat indiai Maharashtra állam növekedését és energiáit is jelképezi.

„Jhada oltalmazóként és mentorként jeleníti meg az államot” – nyilatkozta Murthy.

A Fracktal Works szerint a projekt India és a világ építészei számára egyaránt új mintát teremtett.

A Nudes Architecture korábbi munkáiban szintén használta már a 3D nyomtatótechnológiát.

A londoni MI- és automatizált 3DP-specialista Ai Build gépi látással működő valósidejű minőségellenőrző megoldást mutatott be. Az eszköz a cég AiMaker gépparkjának legújabb darabjaként jelentősen javíthat nagyméretű nyomatok minőségén, hatékonyabbá tehet projekteket.

„A hibátlan gyártás iránti megszállottságunk eredménye, és remélhetőleg komoly lépés a jövő teljesen automatizált üzemei felé. Izgalommal várjuk, hogy lássuk, mennyire növeli felhasználóink termelékenységét” – nyilatkozta Daghan Can vezérigazgató.

Portfoliójuk a mesterséges intelligenciával felturbózott AiMaker robotkarból, a kart védő, körbevevő AiCellből és a világ bármely gyárában lévő Ai Build gépeket a számítási felhőből irányító AiSync szoftverből áll. A termékek havi vagy éves előfizetéssel használhatók, az előfizetés alapszintű és a cég összes termékének valamint egy Kuka robotkar használatára kiterjedő kombó szolgáltatás lehet. A gépeket főként nagyobb volumenű, extrudálás-alapú projektekben használják, például a Velencei Biennálén is dolgoztak velük.

A 3D nyomtatási folyamat bármelyik fázisában adódhatnak minőségi problémák, és ha nem derítjük ki őket, a nyomat és a ráfordított idő is kárba vész. Az Ai Build ilyenkor addig ismétli a printelést, amíg a végeredmény tökéletes nem lesz.

Csakhogy a tökélyre való törekvés ebben a formában túlzottan idő- és pénzigényes.

A problémát sok vállalat valósidejű minőségellenőrző rendszerekkel próbálja megoldani. Ezek a rendszerek vagy az adatok alapján módosítanak a printer paraméterein, vagy emberi beavatkozás szükséges. A hibák mindkét esetben korrigálhatók, amivel sok idő és pénz takarítható meg.

Az AiMaker platformot kamerával és a folyamatban lévő nyomatról készült képeket korábban printelt tárgyak fényképeivel összehasonlító GPU (grafikus feldolgozóegység) modullal szerelték fel. Ha a készülő print minősége nem felel meg a szabványoknak, az AiMaker jelzi az AiSync-nek.

A hibák valósidejű detektálásával megvalósul az automatizált minőségellenőrzés, amely egyben visszajelzés a tervezőnek is, hogy a terve mennyire nyomtatható, és a printelési hibák miként kerülhetők el a jövőben.

A módosított printerek az év második felében kerülnek kereskedelmi forgalomba.

James Watt, skót feltaláló és mérnök gőzgépével jelentősen hozzájárult az ipari forradalomhoz. 1819. augusztus 25-én halt meg, és halálának 200. évfordulójára a Glasgow Egyetem diákja 3D nyomtatással elkészítették a gép kicsinyített, méretarányos másolatát.

Öt hónapig dolgoztak az 1765-ben készült gép pontos utánzatán. Watts akkoriban a Glasgow Egyetemen dolgozott; eszközkészítéssel foglalkozott, majd jött a gőzgép és az ipari forradalom…

A felsőoktatási intézmény mérnöki iskolájának hallgatói egy méter hosszú szerkezetet nyomtattak, a nyomathoz több mint 150 részt használtak. Összesen 845 órát printeltek, több mint 2,2 kilométer nyomtatószálat (filament) dolgoztak fel.

Az eredeti gőzzel működött, a nyomat plusz fogaskerekével, gombnyomásra mozog.

A diákok a 2014-ben alapított JetX klub tagjai, rajonganak a hajtóművekért. A klub lehetővé teszi, hogy újraalkossák a modern légi ipar motormodelljeit. Több munkájukhoz használtak már 3D nyomtatást, az egyik modellt például 2901 óra hosszat printelték.

„A folyamat során remekül hasznosítottuk a korábbi évek motor/hajtómű-modellel prototípuskészítései és tervezései során szerzett tapasztalatokat” – nyilatkozta Chris Triantafyllou, a JetX elnöke.

A június 6. óta az egyetem könyvtárában megtekinthető gép a Watts életét, munkásságát és hagyatékát bemutató kiállítás része.

„A JetX csapat a modell megalkotásával méltó módon tiszteleg James Watt látomása előtt. A mérnöki iskolában nagy hangsúlyt fektetünk a kreatív gondolkodásra, és a JetX remek példa arra, hogy a kreativitás hogyan inspirál projekteket” – mondta Colin McInnes egyetemi tanár.

Az Artec bejelentette, hogy megjelent a cég összes szkennerével (Eva, Space Spider, Leo, Ray, Artec Micro), gördülékenyen működő, Windows PC-n, Mac-en és tableteken is hozzáférhető Studio14 szoftver. Új funkcióival egyszerűbb a gép működtetése, könnyebb a minőség-ellenőrzés.

A felhasználók a legkisebbtől a legnagyobbig, például motorszelepektől áruszállító légi járművekig mindent pontosan digitalizálhatnak vele. A minden iparágban alkalmazható szoftverrel intuitívabb, kreatívabb a felhasználói élmény, legyen szó minőségellenőrzésről, számítógépes grafikáról vagy 3D nyomtatásról.

A 2018 szeptemberében debütált Studio 13-hoz képest a két módban (manuális, autopilot) működő 14-es akár 500 millió poligonos adatsorokkal is elboldogul. A hardver függvényében, kicsi és nagy tárgyakhoz egyaránt jó.

Manuális módban sokféle „haladó” beállításhoz hozzáférve, teljes ellenőrzés alatt tartjuk a szkennelési folyamatot.

A Ray szkenner esetében a szoftverrel textúra nélküli pontfelhő adatokkal dolgozhatunk, mégpedig nagyon gyorsan. Ipari alkalmazások esetében az összes Studio 14 modell egyszerűen átvihető az ismert CAD-programokra (Solidworks, AutoCAD, Design X stb.).

A Studio 14 egyik újdonsága, az autopilot lehetővé teszi, hogy a felhasználó automatizálja az adatfeldolgozás egyes lépéseit. Kiválasztjuk a modellt, és a program végigkalauzol a szkennelési folyamaton, az adott tárggyal kapcsolatban pedig kiválasztja a 3D modell elkészítéséhez leghatékonyabb algoritmusokat. A modelleket automatikusan pozícionálhatjuk, így amikor megnyitjuk a fájlt, mindig egy meghatározott szögből látjuk őket.

Az autopilot mellett a Studio 14 nehezen szkennelhető, például fekete vagy csillogó tárgyak esetében automatikus felszíni elemzést végez. Az elemzés részeként eltávolítja a túlzottan fénylő részeket, de ha kell, hozzá is ad.

Ezek a funkciók biztosítják, hogy a végeredmény színe megegyezzen az eredeti tárgyéval. A szkennelés közben keletkezett kisebb lyukak szintén automatikusan eltávolíthatók.

Az Artec termékeit a FreeDee Printing Solutions forgalmazza Magyarországon.

A Massachusetts Institute of Technology, azaz a legendás MIT Számítástudomány és Mesterséges Intelligencia Laboratóriumának (CSAIL) egyik startupja, az Inkbit gépi látás és gépi tanulás technológiákon alapuló ipari 3D nyomtatót fejlesztett.

Davide Marini társalapító és igazgató elmondása alapján a céget eleve azzal a céllal alapították, hogy „aggyal” és „szemmel” egészítsék ki a 3D printereket.

„Gépünk az anyagok tulajdonságait megtanuló és viselkedésüket előrejelző első nyomtató. Bárki számára lehetővé teszi, hogy egy ötletből gyorsan terméket csináljon” – nyilatkozta.

Marini és társai már 2015-ben kiváló minőségű anyagokat feldolgozó ultragyors és ultrapontos gépben gondolkodtak. Figyelembe vették, hogy a gumiszerű anyagokat, például a szilikont, vagy a magas hőmérsékletűeket, mint az epoxigyantát nehéz nyomtatni, gyakoriak a hibák, ráadásul idővel össze is zsugorodhatnak.

A probléma megoldására találták ki a mesterségesintelligencia-megoldásokkal felturbózott, egyszerre tíz anyaggal is dolgozó gépet. Elképzeléseik eredménye a többanyagos (multi-material), tintasugaras Snapper.

A látást speciális (optikai koherencia tomográfiás, OCT) szkenner integrálásával oldották meg. A szerkezet nagy hullámhosszú fényt használ, így „lát át” anyagok felszínén, és szkennel rétegről rétegre az emberi hajszál szélességének töredékénél pontosabb felbontásban.

A valósidejű autonóm hibajavításért, például a görbületek, zsugorodások megszüntetéséért gépitanulás-rendszer, a printer agya felel.

Snapper 16 nyomtatófejjel készíti el többanyagos nyomatait, és a munkafelület elég nagy évi többszázezer ökölméretű termék előállítására. Előnye még, hogy a prototípuskészítés és a gyártás ugyanazon a platformon történik. Rugalmas anyagok sem jelentenek problémát, az új „intelligens” printerrel akár számítógépes chippel és/vagy más elektronikus alkatrészekkel rendelkező tárgyakra is nyomtathatók.

„Csak ezzel a gyártómódszerrel lehetséges, hogy a prototípusok és a végtermékek ugyanazon a gépen készüljenek” – mondta a szintén társalapító Wojciech Matusik.

A Snapper építési területe 450x250x250 milliméter. Az elsőt az Inkbit egyik stratégiai partnere, a Johnson and Johnson vásárolja meg. Az árusítást idén kezdik meg, a tervek szerint jövőre anyagokat printelés előtt összekeverő rendszert integrálnak a gépbe.

A Los Angelesi repülőtér melletti El Segundo székhelyű 3Diligent két főkategóriára osztotta szolgáltatásait: az egyik az Ipar 4.0-hoz nyújt stratégiai tanácsokat, a másik tervezési tanácsadással foglalkozik.

Az előbbi gyártócégeket segít az Ipar 4.0-ba való átmenetben. Fejlett gyártási folyamatokkal, például 3D nyomtatással, CNC megmunkálással és más robotizált platformokkal kapcsolatban ad profi tanácsokat. E technológiák és az új anyagok hatékony használatával, az egész ellátási lánc forradalmasítható, és az Ipar 4.0 valósággá válik.

A stratégiai tanácsadó részleg a gyártási és a menedzsment gyakorlatot ötvözi, vezetője a 3Diligent vezérigazgató, korábban a Deloitte Konzultációs Stratégia és Műveletek részlegét irányító Cullen Hilkene.

„Sok vállalat nyújt Ipar 4.0 tanácsadást, viszont egyik sem rendelkezik akkora tapasztalattal többtucatnyi additív folyamattal kapcsolatban, mint mi. Ez a szakértelem a Deloitte-nál szerzett tapasztalataimmal kombinálva, komoly segítséget jelenthet ügyfeleinknek” – magyarázza Hilkene.

Az Ipar 4.0 technológiák adaptálásának egyik kulcsa az adott cég működésébe integrálható, az ellátási láncot és a cég tevékenységét bővítő megoldások (például a 3D nyomtatás) azonosítása. A tanácsadás számos részre összpontosít: magasszintű additív gyártási stratégiákra, az ellátási láncra, esettanulmányokra stb.

A tervezéssel kapcsolatos tanácsadás főként designfejlesztéssel, a digitális gyártófolyamatokhoz legjobban kapcsolódó tervezőeljárások azonosításával foglalkozik. Az elsősorban hagyományos gyártásból élő vállalatok az új technikákat azért fogadják nehezen be, azért problémás az átállás, mert teljesen új tervezési paradigmákat kell megismerniük, majd alkalmazniuk.

Új elvek, például a topológiai optimalizálás vagy a generatív tervezés elsajátítását követően viszont sokkal összetettebb, részletgazdagabb darabok hozhatók létre. A tervezéshez azonban az anyagok és a folyamatok ismerete is kell, amelyben szintén segít a 3Diligent.

Az Ipar 4.0-ás részleg egyelőre Észak-Amerikára, azon belül is főként a nyugati partra összpontosít.

A 3D nyomtatást egyre gyakrabban használják a hadseregek, gombamód szaporodnak a védelmi alkalmazások. Az Egyesült Államok jár az élen, a tengerészgyalogságtól a vízi járművekig, a szállítástól a légierőig, szinte minden területen hasznosítják a technológiát.

Az USA-n kívül természetesen más országok hadseregében is alkalmazzák a 3DP-t, feltehetően a kínaiban és az oroszban is, de az utóbbiakról alig szivárognak ki információk.

Most Franciaország is színre lépett.

Az ipari 3D nyomtatókat gyártó francia Prodways ugyanis bejelentette, hogy az ország hadserege a jövőben két gépüket, két ProMaker P1000 3D nyomtatót fog használni.

A printereket a hadsereg szárazföldi felszereléseket karbantartó, működésükért felelős főnöksége (SIMMT) rendelte meg. A kiszállításra nyáron kerül sor, a gépek egyrészt a technológia előnyeit hivatottak szemléltetni, másrészt (akár a műveletek helyszínén is) csere- és tartalék-alkatrészeket szándékoznak készíteni velük.

A gépek anyagokkal történő ellátásáról és a működtető személyzet betanításáról a Prodways gondoskodik.

A két gépet más célokra használják majd a hadseregben.

Az elsőt konténerbe csomagolják, és operációs helyszínekre szállítják, külső környezetben fognak vele on site óhaj és szükség szerinti csererészeket printelni. A hadsereg természetesen kiértékeli a helyszíni additív gyártás előnyeit és hátrányait.

A másikat a 13. Anyagellátó Állomáson rögzítik, ahol berendezések, felszerelések és hardverek karbantartásával és javításával foglalkoznak. Az állomáson biztosítják a kihelyezett additív gyártólánc működésének támogatását.

A tömegtermelés és a futószalag a tegnap gyártómódszerei – kimerítették bolygónk erőforrásait, a tervezési lehetőségeket pedig mind a forma, mind az anyag tekintetében korlátozták. A korlátok új megoldások, például a biomimikri, az élővilág által inspirált technológiák, köztük a gyártási paradigmát átíró 3D nyomtatás és a parametrikus szimuláció alkalmazására ösztönöznek.

Az ezekkel az eljárásokkal készült tárgyak (a posztindusztriális világnak/valóságnak jobban megfelelve, részben arra reflektálva) növekedése természetes folyamatokat utánoz, előállításukhoz természetes anyagokat használnak.

Mohammad Jawad, a Virginia Commonwealth Egyetem diákja, Neri Oxman által inspirálva, bioanyagokon alapuló tárgyak generatív tervezésével foglalkozik. A természetet és az ember által teremtett környezetet a „kettősség és az egység” paradoxonjaként, egymás kiegészítőiként látja, a 3D nyomtatás pedig katalizátor szerepet játszik: összekapcsolja a kettőt. Jawad megkérdőjelezi az ipari forradalom örökségét (és az ellátási lánc működésének alapját), mely szerint a részek egyetlen anyagból állnak, és előre meghatározott funkciókat töltenek be.

A tervezés az élővilághoz hasonlóan folyamatosan fejlődik, a generatív tervezésben különféle digitális paraméterek utánozzák a természetet. Például a Python vagy Grasshopper szoftverrel növelhető az organikus formák komplexitása, és ezek a formák fizikailag csak additív technológiákkal, rétegről rétegre haladva valósíthatók meg. Mint a természetben: lassan, lépésről lépésre haladva.

A természetes anyagok és a 3D nyomtatás egybeintegrálása, a hibrid folyamat a posztindusztriális világ tipikus tárgyalkotása – állítja Jawad, majd állítását példákkal, művészeti stúdiók munkáival szemlélteti.

Az Emerging Objects nagyméretű komponenseket és épületszerkezeteket tervez, az egyik nyomtatóanyagához a San Franciscoi öböl óceánvizének sóját használták. Markus Kayser Napszinterezője a homokot napenergiával üveggé olvasztó különleges 3D nyomtató. Az MIT Neri Oxman vezette Közvetített Anyag Csoportjának Selyempavilonját selyemhernyók inspirálták. Az állatokat szenzorokkal szerelték fel, hogy szövés közben tanulmányozni tudják a viselkedésüket.

Jawad munkája két folyamatot, a kristályosodást és a 3D nyomtatást kombinálja össze. Az additív megoldással integrált természetes 3D technikával új gyártási lehetőségek nyílnak meg – állítja.

Saját példája: katari kristályból készült Sivatagi rózsáját generatív tervezéssel és 3D nyomtatással kivitelezte.