FREEDEE BLOG

Fémrészek előállításának ma még a 3D nyomtatás az egyik legköltségesebb módja. A legtöbb fémprinter ugyanis speciális fémporral működő, drága lézeralapú rendszer. Csak a fémporoknak 50-1000 dollár között mozog a kilónkénti ára, annak függvényében, hogy milyen alapanyagot (fémet) használnak.

E tényezők miatt a fémnyomtatás ugyan terjed, de nem olyan gyorsan, mintha (lényegesen) olcsóbb lenne. Prototípuskészítéshez például alig alkalmazzák.

Az utóbbi időben több cég és intézmény próbálkozik a költségek csökkentésével. A törekvés trenddé vált, és ezt a trendet erősíti a wisconsini Zero Barrier startup is. A beszédes nevű cég a Wisconsin-Madison Egyetem makerterében működik. (A név arra utal, hogy fel akarják számolni a tömegtermelést korlátozó tényezőket.)

„Széleskörű tömegtermelésre alkalmas és megfizethető árú technológiával igyekszünk megteremteni a lehetőséget arra, hogy mindenféle termék piacra kerüljön” – nyilatkozta Evan Wolfenden társalapító-vezérigazgató.

Elektromos lézersugár helyett UV-alapú fémnyomtatót fejlesztenek, amellyel forradalmasítani szeretnék a technológiát. Egyelőre a prototípusnál tartanak, a gépbe szánt fémporukat UV-vel kezelhető polimerrel keverik. Ez a por sokkal olcsóbb a többinél, és gyorsabban lehet vele printelni.

Maga a rendszer a cég becslése alapján hatvanszor gyorsabb lesz, mint a piacon beszerezhető rendszerek. Egy másik becslés: az árban is lényeges a különbség, mert tizenhétszer olcsóbb azoknál.

Ha tevékenységüket siker koronázza, a Zero Barrier új ügyfélkört nyerhet meg a 3D fémnyomtatásnak.

„Jövendőbeli klienseink egyetemisták, kutatók, garázsokban barkácsoló személyek lesznek” – nyilatkozta Wolfenden.

A prototípus után (szintén Madisonban) nagyobb létesítménybe költöznek, és 3D fémnyomtatás szolgáltatásirodát nyitnak helyi gyártóknak.

Folyamatosan nő az eladott és kiszállított fém- és polimeralapú ipari 3D nyomtatók száma, és a növekedés 2019-ben is folytatódik, az előző évhez képest 25 százalék plusz várható – állapította meg a londoni CONTEXT kutatócég.

Az alacsonyabb árfekvésű fémprintereket nemcsak üzemekben, hanem irodákban is használják, és közvetlenül nem versengenek a porokat egyetlen lépésben, lézerrel olvasztó hagyományos robusztus gépekkel, elsősorban a GE Additive, az EOS, az SLM Solutions és a 3D Systems termékeivel.

A lézeralapú porágyas technikával működő gépeket sugárhajtóművek alkatrészeitől ortopédiai implantátumokig, szinte mindenre használják. Az olcsóbb fémprinterekkel bővülnek az alkalmazási lehetőségek, sokkal gazdaságosabb a prototípuskészítés és fémrészek kisszériás gyártása.

A CONTEXT szerint új hardverek jelentősen hozzájárultak a kiszállított fém- és polimerprinterek számának növekedéséhez. Ez a Markforged, a Carbon, a HP és a 3D Systems érdeme. (A Markforged termékeit Magyarországon a FreeDee Printing Solutions forgalmazza.)

Különösen a 3D Systems elégedett a 2018-as bevétel-növekedéssel, ami főként a Figure 4 Standalone és a NextDent 5100 rendszereknek tudható be.

A több lépcsőben nyomtató, olcsóbb fémprinterek új árkategóriát teremtettek, amelyből egyre többen profitálnak, sok gyártó ilyen gépek jóvoltából tudott megjelenni a fémalapú 3DP piacon.

A fémmel dolgozó 20 és 100 ezer dollár közötti gépek piacát a GE Additive, az EOS, a Markforged, az SLM Solutions és a 3D Systems uralja (ebben a sorrendben). Az alacsonyabb árfekvést a Markforged és a versenytárs Desktop Metal 3D nyomtatói képviselik.

A polimeralapú ipari gépek piacán szintén megjelentek olcsóbb printerek, színrelépésük itt is jó hatással van az eladási mutatókra. A növekedéshez új technológiák, például a Carbon digitális fényszintézise (DLS) és a HP multi jet fusion megoldása is hozzájárultak, és egyben felgyorsították a ma már jelentősnek mondható kisszériás gyártást is.

A 20 és 100 ezer dollár közötti ipari polimernyomtatóknál Stratasys, EnvisionTEC, Carbon, 3D Systems, HP a sorrend.

Hallókészülékeket, jobb hallást segítő eszközöket úgy kell elkészíteni, hogy egyrészt megakadályozzák a hangok „kiszivárgását”, másrészt maximális kényelmet biztosítsanak, viselőjük ne érezze terhesnek azokat. Egy ideje 3D nyomtatással is állítanak elő ilyen szerkezeteket, és be is bizonyosodott: a személyre szabott darabokkal javul a minőség, izolálható a beszéd, csökkenthetők a háttérzajok.

A jordániai 3DP4ME nonprofit szervezet és a Montreal-székhelyű szintén nonprofit World Wide Hearing (WWH) összefogott, és 200 ezer dollár adományt céloztak meg, hogy az előbbi hallókészülékekhez printelhessen lenyomatokat.

Hordozható Lantos 3D fülszkennerrel otthonukban vagy menekülttáborokban látogatnak meg rászorulókat, ott gyűjtik az adatokat a személyre szabható szerkezetekhez.

Szkennelés után a 3DP4ME internetes számítási felhőjében, valósidőben készül el az adott személy fülének 3D modellje. A modellező aztán előkészíti az STL fájlokat a 3D nyomtatáshoz.

Az SLA technológiával készült lenyomatokhoz ASIGA PRO 2 printert használnak. A rendszerrel óránként akár 35 fül-lenyomatot is printelhetnek. Összehasonlításként: manuálisan napi három-négy az átlag, azaz az előrelépés valóban szignifikáns.

A 3DP4ME és a WWH célja, hogy 4 ezer rászorulónak 12 ezer hallókészüléket gyártsanak. Maguk a lenyomatok 3D nyomtatással készülnek, de ezt leszámítva, az eszközben lévő technológia ugyanaz, mint a klasszikusabb darabok esetében.

A partnerek el akarják érni, hogy a halláskorlátozott gyerekek ugyanúgy részesüljenek a mainstream oktatásban, mint mások, iskola után pedig az eddigieknél sokkal nagyobb eséllyel találjanak állást. A Hallás Expressz projekt igyekszik mindent megtenni az érintettek társadalmi befogadásáért, elhelyezkedéséért stb. Gyerekek és fiatalok mellett természetesen az idősekre is gondolnak.

„Ezekkel az eszközökkel gyerekek és felnőttek esetében is dramatikusan nő a minőségi élet reménye, így pedig jobban hozzá tudnak járulni országuk gazdagodásához” – nyilatkozta a projektet vezető Andrew De Carpentier.

A kanadai fémpor- és plazmaspecialista PyroGenesis additív gyártórészleget indított. Az új részleg plazma-atomizált fémporokat fog gyártani a 3D nyomtatóipar számára. A cég ezzel párhuzamosan megújította titánalapú nyomtatóporát.

Az elektromos járműveket gyártó Sono Motors német startup bejelentette: napenergiával működő Sion elektromos járműve vásárlóinak az alkatrészek 3D nyomtatható fájljait is mellékeli, hogy hiba esetén könnyebb legyen a javítás, kiprintelhessék a részeket, vagy megfelelő printerrel rendelkező szerelőműhelyben cseréljék ki a meghibásodott darabot.

A német Henkel Corporation vegyipari cég additív gyártásban érintett ügyfelei számára tovább bővíti újrahasznosító programját. A 3D nyomtatóanyagok újrahasznosításával foglalkozó program célja a fenntartható 3DP.

A kerékpár-alkatrészeket gyártó Magura Loic Bruni világbajnokkal együttműködve igyekszik kidolgozni a tökéletesen ergonomikus kormányt. A kormányhoz tartozó alumíniumból és szénből álló fékkarokat 3D nyomtatással készítik.   

A francia biotechnológiai cég, a Poietis bejelentette: lézerrel támogatott 3D bioprinting technológiájához immáron a harmadik szabadalmi oltalmat nyerte el. Úttörőnek számítanak, mert először ők vizsgálták a technika ipari lehetőségeit, alkalmazásait.

Rakétákat, műholdakat stb. veszélyeztetheti a fellövés közbeni extrém meleg. A szigetelés nélkülözhetetlen ahhoz, hogy a szerkezetek ne melegedjenek túlzottan fel. De amellett, hogy nélkülözhetetlen, nem könnyű például egy megpakolt űrhajóba beszerelni. A NASA mérnökei rájöttek a megoldásra: 3D nyomtatással egyedire szabott öntőformákat dolgoztak ki, amelyekkel a szigetelőhab tökéletesen passzol az űrjárműhöz.

A Minnesota Egyetemen átlátszó egyedi koponyaimplantátumot nyomtattak egerek számára. Mivel az implant átlátszó, valósidőben figyelhetők meg az agy felületén lejátszódó folyamatok. Az eszköz segítségével a medicina többet megtudhat az emberi agy károsodásairól: agyrázkódásról, a Parkinson. és az Alzheimer-kórról stb.

A Dél-Ausztráliai Egyetemen cukor, csirkehúsleves és rugalmas műgyanta keverékéből élethű sebeket, lábtályogokat, fekélyeket stb. dolgoztak ki lábgyógyászati tanulmányokhoz, gyakorláshoz. A nyomtatott lábra helyezett fekélyek stb. cukorbetegek fertőzött és nem fertőzött lábsebeit utánozzák.

A harapós vagy pisztolygarnéla harapása extrém nyomást, fényvillanást és plazmát „gyártó” kb. 1650 Celsius-fokot generál. Kutatók bizakodnak, hogy mindezt a kapacitást összegyűjtve, értékes eszközök hozhatók létre a vízalatti világ tanulmányozásához, a látottak ipari alkalmazásaihoz. Az elképzelések megvalósításához a Texasi A&M Egyetemen az eredetinél ötször nagyobb harapós garnélát nyomtattak, amelynek a harapása ugyanolyan gyors.

Arthur Mamou-Mani francia építész és a COS divatház elkészült a Milánói Design Héten bemutatásra kerülő nagyléptékű nyomtatott építészeti installációjával. Különlegessége, hogy újrahasznosítható bioműanyagot használtak hozzá.

Mesterséges szövetek előállítása a 3D bionyomtatás egyik legtöbbet kutatott területe. A technológia ígéretes, komoly egészségügyi alkalmazásokkal kecsegtet, csakhogy egyelőre lassú még.

A Berkeley-i Kaliforniai Egyetem egyik csoportja új módszert javasol, amellyel felgyorsulna a bioprinting. Úgy állítanának elő szöveteket, mint ahogy a hamburgert lefagyasztják, azaz mélyhűtéses (kriogeniuks) alternatív megoldást alkalmazva növelnék a nyomtatási sebességet.

„Többrétegű kriolitográfia” (multilayer cryolitography, MLCL) nevű eljárásukról, kivitelezhetőségéről, egyszerű egységes szerkezetek gyártásáról nemrég publikáltak tanulmányt a Journal of Medical Devices tudományos lapban.

Lényegében a 3D nyomtatási folyamatot dekonstruálják: a szerkezet nem egymásra printelt anyagrétegekből, hanem egyedi 2D rétegek szekvenciáiból alakul ki. A rétegeket párhuzamosan egymásra rakják és egyszerre lefagyasztják, majd 3D szerkezetté rakják és kötik össze. A folyamat kényes, a sikerhez több kihívást kellett abszolválniuk.

A biotintákat és hidrogélt használó hagyományosabb 3D bioprinting eljárásokkal összehasonlítva, az új módszer előnye, hogy fagyasztással az anyag megtartja a formáját, és a sejtek is élnek.

A kísérlethez módosított Flashforge 3D printert használtak, nyomatuk tíz rétegből áll. Összességében bebizonyították, hogy a technika működik, és alapul szolgálhat jövőbeli munkákhoz.

A kutatócsoport következő lépésben az MLCL folyamatot tervezi optimalizálni, és egyben meghatározzák a legelőnyösebb forgatókönyveket.

A kriogenika használatát mások, például az Imperial College London egyik kutatócsoportja is vizsgálja. A módszer egyelőre viták tárgya, egyesek nem osztják azt az álláspontot, hogy növeli a teljesítményt.

A GE a Maryland Egyetemmel és az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriummal 900 Celsius-fokot és 3600 PSI nyomást meghaladó hőmérsékleten és nyomás alatt, azaz nagyon melegben, és nagy nyomás mellett is működő ultrateljesítményű hőcserélőt fejleszt.

Az új hőcserélő meglévő és jövőbeli erőművekben egyaránt lehetővé teszi a tisztább és hatékonyabb áramtermelést. A fejlesztéshez 3D nyomtatást is használnak, a projektet irányító Peter deBock, a GE vezető termikus mérnöke szerint a technológiával korábban kivitelezhetetlen architektúrák valósíthatók meg.

A cég és partnerei fém- és hőtani ismereteiket új módon kombinálják össze a 3DP-vel. A várható eredmény: az eszköz a mai hőcserélőknél 250 fokkal magasabb hőmérsékleten is képes lesz költséghatékonyan, azaz olcsóbban működni.

DeBock a hőcserélők funkcióját az emberi tüdőéhez hasonlítja: „a tüdő a szervezet alapvető hőcserélője, biztosítja a testműködés csúcsteljesítményét, miközben a testhőmérsékletet is szabályozza. Erőművek hőcserélői nagyjából azt teszik, mint egy gázturbina, csak magasabb hőmérsékleten és nagyobb nyomás alatt. Additív gyártással bonyolultabb biológiai alakzatokat tanulmányozunk és tervezünk, és a tapasztalatokat alkalmazva a teljesítményt javító, alacsonyabb széndioxid kibocsátás mellett magasabb hatásfokot elérő UPHEAT eszközt dolgozunk ki.”

A hőcserélőt törésmentes nikkel szuperötvözetből készítik. Az ötvözetet a GE Research kifejezetten additív gyártófolyamatokhoz tervezte. Az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium közismert „rozsdásodás-tudományi” szakértelmét az anyagok hosszútávú teljesítménytesztjeihez és hitelesítéséhez tervezik felhasználni.

Ha kész lesz és működésbe áll, az energiahasználat jelentős mértékű csökkentése mellett a széndioxid-kibocsátást is jócskán redukálni fogja. A két és féléves projekt célja hogy a fejlesztés után demonstrálják a légjármű-iparban is hasznosítható eszköz lehetőségeit.

A Német Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF) által szponzorált „Az additív gyártás iparosítása és digitalizálása az autóipari sorozatgyártásért” (IDAM) projekt 12 partnere gyártóipari vezető, közép- és kisvállalatok, felsőoktatási intézmények, kutatóközpontok. A kezdeményezésben a BMW Csoport is erősen érintett.

A március elején indult hároméves IDAM célja a 3D fémnyomtatás magas szinten automatizált ipari folyamatokká alakítása az autógyártásban. A 3DP hagyományos futószalagokba integrálásával évente legalább 50 ezer alkatrészt és 10 ezer egyedi, illetve pótalkatrészt terveznek sorozatgyártással előállítani.

A legjobb minőség, minél olcsóbb áron – a cél ismerős, hiszen a 3DP-t alkalmazó iparágak általában hasonló meggondolásokból nyúlnak a technológiához. Idő- és költséghatékonyabb a hagyományos eljárásoknál, például a fémöntésnél, ráadásul nagyobb a lehetőség darabok pluszköltség nélküli egyedire alakítására.

Két moduláris és majdnem teljesen automatizált additív gyártási (AM) futószalagot máris felállítottak. Az egyiknek a BMW müncheni AM központja, a másiknak a GKN bonni porkohászati üzeme ad otthont.

A futószalagok a digitális résztől a fizikai komponensek gyártásáig és az utómunkálatokig a teljes folyamatot lefedik, ráadásuk a különböző szakaszok rugalmasan irányíthatók. Az integrált megközelítéssel a projektpartnerek a mai kb. 35 százalékról mintegy 5 százalékra szeretnék csökkenteni a manuális tevékenységeket, míg a fémalkatrészek előállítási költségét minimum megfeleznék.

A projekt részeként sorozat- és moduláris gyártásra alkalmas 3DP üzemet terveznek létesíteni. Az üzemben többek között a fémporhasználatot, a folyamat-monitorozást és az utómunkálatokat is automatizálnák. Mivel vezető ipari cégek érintettek, az összekapcsolt modulok AM futószalagokba integrálhatók, valósidőben, valódi feltételek mellett működhetnek a sorozatgyártásban. Mindezek mellett ipari szabványok is kidolgozhatók.  

A fémnyomtatás használatával, a technológia multidiszciplináris, holisztikus megközelítésével Németország megerősíti ipari úttörő és gyártóközpont szerepét.

Az atlantai Fuller Moto autókat, motorokat, motorkerékpárokat, motorosruhákat és kiegészítőket tervez, alakít egyedire. Emellett oktatótevékenységet is végez, igyekszik az érdeklődőkben feléleszteni a kreativitást, a „csináld magad” (Do-it-yourself) szellemet.

A tervező, könyveket jegyző és televíziós személyiség Bryan Fuller által vezetett cég legújabb projektje a futurisztikus Fuller Moto 2029 a legmodernebb gyártótechnológiák, például a 3D fémnyomtatás és a hagyományos fémmegmunkálás tökéletes kereszteződése.

A lényeg hasonlít a kezdetekhez, a technológiahasználat jelenti a nagy különbséget. Fuller és csapata a fejlesztés során több részt printelt, de a tradicionális szubsztraktív CNC gyártást is alkalmazták, megmutatva, hogy a 3DP hogyan ad hozzá pluszt, teszi többé, miként bővíti jelentősen a lehetőségeket.

A jármű egyedi, és ugyan drága anyagokat, például titánt használtak hozzá, 3D nyomtatással az anyaghasználat költségei is jelentősen csökkenthetők.

A 2029 a Haas Motormúzeum és Szoborgaléria megbízásából készült, a maga korában a jövőt megjelenítő French 1929 Majestic stílusában, vagy arra emlékeztetve kellett jövőbemutató motorkerékpár-koncepcióval előállniuk. A múzeum kollekciója 1901-gyel indul, a történeti áttekintés a máig és a holnapig ível. A kiállított darabok között a Fuller Moto több járműve szerepel.

Az elektromos kerékpár teljesen zárt alumínium vázával, különleges kormányával, tiszta polikarbonát kerekeivel, titánrészeivel, abszolút egyedi darab.

„Tudtuk, hogy korábban soha nem látott valami készül, nincs semmiféle előd, vagy utód. Ez nem gyártási ciklus, hanem mozgó műalkotás” – nyilatkozta Bobby Haas, a múzeum tulajdonosa.  

„Pályafutásom alatt kevés ennyire örömteli alkotási folyamatban vettem részt. A 2029-ben az innováció és a fémek iránti szerelmem is benne van” – jelentette ki elégedetten a parametrikus és generatív tervezés által inspirált Fuller.

A Tel-Aviv Egyetem kutatói igazi világszenzációt jelentettek be: első alkalommal sikerült erekkel rendelkező szívet printelni. A szívhez páciensek szövetét használták fel.

Az eddigi sikeres nyomatok csak véredények nélküli, egyszerű szöveteket tartalmaztak. A mostani tökéletesen megegyezik egy páciens immunológiai, sejttani, biokémiai és anatómiai tulajdonságaival.

„Ez az első alkalom, hogy valakik valahol sikeresen megterveztek és kinyomtattak egy komplett szívet, tele sejtekkel, erekkel, kamrákkal és üregekkel” – magyarázza a kutatást vezető Tal Dvir professzor.

A páciensek zsírszöveteivel végzett biopszia, szövetek testből történő eltávolítása után a különböző sejtanyagokat elkülönítették egymástól. A sejteket újraprogramozták, hogy a szívsejtektől különböző, pluripotens őssejtekké váljanak. Eközben a sejten kívüli makromolekulák, például kollagének és glikofehérjék háromdimenziós hálózatát (mátrixát) személyre szabott, „nyomtatótintaként” funkcionáló hidrogéllé dolgozták át.

Az elkülönített sejteket összekeverték a biotintával, majd páciens-specifikus, az immunrendszerrel kompatibilis szívdarabokat, s végül egy teljes szívet nyomtattak, erekkel, mindennel.

A nyomtatás 3-4 óra hosszat tartott.

„A szív emberi sejtekből és páciens-specifikus biológiai anyagokból készült. Ezek a cukorból és fehérjéből álló anyagok bonyolult szövetmodellek nyomtatásához használhatók fel. Munkánk bemutatja a személyre szabott szövettervezés és szervátültetés jövőbeli lehetőségeit” – nyilatkozta Dvir.

A jelenlegi nyomtatott szív kb. akkora, mint egy nyúlé. Egyelőre ki kell várni, hogy „beérjen”, hogy a sejtek maradjanak életben, és hogy életnagyságú szervvé növekedjen.  A folyamat nagyjából egy hónapig tarthat, utána állatokon (nyulakon, patkányokon) tesztelik a nyomtatott szívet.

A kutatók bizakodnak, hogy egy-két éven belül elvégzik a teszteket. Szerintük tíz éven belül a világ legjobb kórházaiban lesznek szervnyomtatók, és a szív- stb. printelés rutinmunkává válik.

Több kerékpárt készítettek már 3D nyomtatással, a technológia a bicikliket is megújítja. A 3DP azért is előnyös, mert egyes különleges és bonyolult formák öntéssel vagy más hagyományos, sokszor részben manuális módszerrel kivitelezhetetlenek. A 3DP tette lehetővé kábeleket elrejtő és egyben a váz tömegét csökkentő belső részek kidolgozását is.

Aligha véletlen, hogy az első részben printelt darabokat Hollandiában jegyezték, de természetesen mások is alkalmazzák az additív megoldásokat.

Egyikük a szilícium-völgyi Arevo felismerte a 3D nyomtatás óriási lehetőségeit a kerékpár-készítésben. Robotizált gyártóplatformjukon ők állították elő a világ első elemekkel segített, minden terepre alkalmas nyomtatott biciklijét, szénrost-alapú vázzal.

Az eBike fejlesztése bebizonyította, hogy jócskán lerövidíthető a váz hagyományosan sokáig tartó kidolgozása.

A cég összeállt a különleges darabokat készítő Franco Bicycles-szel, és a mai printelt kerékpárokkal ellentétben, a világ első egyetlen darabban nyomtatott, szénszálas vázú eBike-ján, az eBike új szériájának első darabján (Emery ONE eBike) dolgoznak.

A vázat az Arevo nagyteljesítményű biciklik számára mérceként szolgáló technológiája (az Arevo DNA AM) teszi különlegessé. A szénrost folyamatos elhelyezésével korábban soha nem látott szerkezeti integritás és stabilitás valósítható meg. Elérték, hogy a tervezéstől a végtermékig tartó eddig másfél éves folyamat néhány napra redukálódott, amellyel értelemszerűen a fejlesztési, előállítási költségek is drasztikusan csökkentek.

Az Arevo új létesítményében készült váz több szempontból is megújíthatja a kerékpárgyártást.

Egyrészt a módszerrel kivitelezhető a sorozatgyártás, a 3D nyomtatással, termoplasztikus anyagokból létrehozott kompozit összetételű részek az eddigi matériákkal összehasonlítva, keményebbek, tartósabbak és újrahasznosíthatók, míg azok nem.

A fáradságos manuális munkafolyamatot teljesen automatizált gyártási modell helyettesíti.

3DP-vel helyileg is készíthető kerékpár, így a lokális gyártók pozíciói megerősödhetnek, függetlenebbé válhatnak a területet eddig meghatározó, uraló nagy márkáktól.

Digitális technológiával nő a tervezői szabadság, bővülnek a lehetőségek, immáron teljesen személyre szabott, kívánság szerinti (on demand) biciklik is fejleszthetők.

„Az első kompozitalapú additív gyártással készült kerékpárral, az Emery ONE bevezetésével elkezdődött a globális kompozitalapú bicikligyártás átalakulása” – magyarázza Hemant Bheda, az Arevo társalapítója, elnöke.