FREEDEE BLOG

Az elmúlt években a biomérnökök figyelemreméltó eredményeket értek el két látszatra távoli tudományos-technológiai terület, őssejtkutatás és 3D nyomtatás közös nevezőre hozásával, a technológia tudományos célokra történő alkalmazásával.

Meglepően hangzik, csakhogy a „klasszikusan” értelmezett 3DP-hez lazán kapcsolódó bioprinting egyre dinamikusabban fejlődik, a sikerek és részsikerek sokakat inspirálnak, és jóstehetség nélkül elmondható, hogy az orvostudomány jövőjét jelentősen befolyásoló – hatásában talán csak a nanotechnológiához hasonlítható – óriási potenciál van benne.

Egymástól messzi területek összekombinálása pedig szintén fontos 21. századi trend, például ki gondolta volna akárcsak 25 éve, hogy mesterségesintelligencia-kutatás és művészetek egybekapcsolhatók, és számítógépes kreativitás címkével új – nemcsak elméleti, hanem a mindennapi alkotótevékenységben hasznosítható – praktikus diszciplína születik?

Visszatérve a medicinára, 3D nyomtatótechnológia segítségével hoztak már létre mesterséges bőrt, májszövetet stb. Legutoljára a madridi Spanyol Biomedikális Kutatóintézet (La Paz Kórház) egyik csoportja jelentette be, hogy a szaruhártyát helyettesítő nyomatokat terveznek. A minden bizonnyal sok beteg életére pozitív hatású fejlesztésükre – adott személyekre méretezett nyomtatott szaruhártyákra – öt évet jósolnak. Az intézet ezirányú tevékenysége az MIT-n kidolgozott Idea2 Global program része.

„A szaruhártya (cornea) a szemgolyó külső védőburkolatának az elülső, áttetsző része. Görbületének mértéke egyénenként és az életkorral változik. Fontos szerepe van a szembe belépő fény törésében, amely nagyjából az ideghártyára vetül úgy, hogy a szemlencsének csak a finom beállítást kell elvégeznie. A felnőtteknél nincs benne vérér, ami megmagyarázza, hogy a szaruhártya miért mentesül a kilökődési reakció alól átültetésnél. Az oxigént közvetlenül a levegőből nyeri” – áll a Wikipédiában.

Évente több mint 10 millió személy vakul meg különféle szaruhártya-megbetegedések miatt, de azért is, mert az átültetést nehéz megszervezni, sokat kell várni a donorra. Viszont, ha laboratóriumi körülmények között elő lehet állítani szaruhártyát, rögtön változik a helyzet, a betegnek nem kell többé várni, hogy találjanak egy donort.

A madridi kutatócsoport különféle opciókat tanulmányoz. Az alapfolyamat az emberi szaruhártyát utánzó kollagén polimeres sejten kívüli mátrixának szintézise. Az őssejteket ebbe a mátrixba nyomtatják. Fontos, hogy a szaruhártyát gyártják és nem növesztik. A nyomtatórendszer már kész, jelenleg a kollagén mátrixhoz keresik a legjobb nanotechnológiás megoldást.

A szaruhártya-helyettesítéshez szükséges őssejteket a beteg zsírszövetéből szedik ki, azaz biológiailag megegyeznek a szemben található szövettel. Ez pedig annyit jelent, hogy sok szintetikus átültetéssel ellentétben, a szem nem fogja kilökni az új szaruhártyát.

A kutatók szerint az egyes páciensek őssejtjeinek jellemzése az egyik legproblémásabb rész. Az MIT és a Harvard szakértőivel közösen dolgoznak a megoldáson.

Amikor a 3DP történetének eddigi legnagyobb felvásárlása után a GE többségi tulajdonos lett az Arcamban és a Concept Laserben, az akvizícióval a világ 3D fémnyomtatásának is az egyik vezetőerejévé vált. A Concept Laser neve mindent elárul, lézeres olvasztással működő fémprintereik a legjobbak közé tartoznak.

A GE Global Research az elmúlt években sok innovatív projekten dolgozott: új szabványok 3D nyomtatófájlokhoz, 10 ezer otthont árammal ellátó miniturbina, különleges anyagok használata repülőgép-alkatrészekhez stb.

A projekt léptékétől függően, a gyártófolyamat órákig, sőt, napokig eltarthat. Ha pedig lézerrel olvasztjuk a fémport komplex alkatrészekhez, különösen sok időre készüljünk fel. Ezt a problémát akarja a Concept Laser szakismereteit is hasznosítva megoldani a GE.

Az additív gyártótechnológiai kutatásokat vezető Waseem Faidi a GE japán (Niskayuna), new yorki és müncheni laborjaiban dolgozó tudósok multidiszciplináris munkáját közös nevezőre hozva akarja felgyorsítani a fémprintereket, és jobban kihozni a technológiában lévő potenciált. Például sugárhajtóműveken, szél-, gőz- és gázturbinákon keresztül tanulmányoznak légmozgásokat, és dolgoznak ki egyedi geometriájú részeket, a légmozgás irányát megfordító aktuátorokat stb.

Ma a lézeres 3D nyomtatást nagyobb teljesítményű lézer használatával a legegyszerűbb felgyorsítani. Természetesen ez a módszer sem annyira egyszerű, gondoljunk csak a világtól elzárt munkaterület hőfokára, gázokra, gázok keveredésére, külső hatások kizárására. A rendszer működtetője szimpla kapcsolgatással nem növelheti a lézer intenzitását.

Ilyen problémáknál hasznos nagyon a multidiszciplináris megközelítés, hogy például a légmozgásokat tanulmányozó csoport szakértelmével eredményesen besegíthet a lézeres fémpor-olvasztás optimalizálásába.

Fémnyomtatókkal kapcsolatban a gázáramlások kontrollálásának kérdése merül fel, hogy hogyan növelhető így a lézerek mai teljesítőképessége, mennyire méretezhetők azok.

Faidi és munkatársai ezen töprengenek, és ehhez kell a Concept Laser gyakorlata vagy az amerikai Nemzeti Feltalálók Dicsőségcsarnokába 2017-ben beválasztott Marshall Jones ipari lézerekkel kapcsolatos szakértelme.

A GE nincs egyedül a lézeres 3D nyomtatást feljavító törekvéseivel. Például az észak-angol Sheffield Egyetemen szintén gyorsabb és költséghatékonyabb lézeres fémnyomtató eljárásokon dolgoznak.

A 3D nyomtatás orvosi alkalmazásainak egyik dinamikusan fejlődő területe a művi beültetések, implantátumok világa. A leggyakoribbak a műkezek és műkarok, készítenek műlábakat is, és már a szervezetbe is juttatnak a technológiával létrehozott beültetéseket.

Összességében is az egyik legfontosabb 3DP alkalmazás a csontok vagy porcok helyettesítése. Amennyiben sikeres, sokat javíthat betegek életminőségén. A folyamatosan fejlődő 3D nyomtatással és az egyre olcsóbb anyagokkal nő az esély rá, és ha a tendencia folytatódik, a jelenlegi technológiák közül a 3DP lesz a legalkalmasabb csontbeültetésekre.

Az utóbbi években helyettesítettek már sípcsontot, mellcsontot és idén tavasszal egy 53 éves rákos brit beteg állkapcsát is printelt implantátummal, nála a teljes állkapcsot kellett eltávolítani, az egész implantátum a férfi saját lábcsontjából készült.       

Kínában egy 28 éves rákbetegségben, a nyakcsigolyában ritka – egyébként gyakori – kondroszarkomában szenvedő nőn végrehajtott műtét során nyakcsigolyájában 14 centis nyomtatott titánimplantot helyeztek el egy sanghaji kórház orvosai. Hét rákos csontot kellett eltávolítani és printelt utánzattal helyettesíteni. Csigolyát helyettesítettek már korábban is 3D nyomattal, de ekkora méretben még soha, így a sebészeknek ismeretlen területen kellett bizonyítaniuk. A műtét sikerült, a beteg lábadozik, tud járni, a fejét azonban nehezen mozgatja.

Csonthelyettesítő nyomatokkal máshol is kísérleteznek, és egy dán kutatócsoport először érte el, hogy a befogadó test „elhitte”, hogy a beültetett csont a sajátja. Az üreges csontot egy egér koponyájába ültették be, és sikerrel jártak: a szövetek lehetővé tették a növekedést, nem lökték ki, sőt, csontvelő is formálódott!

A bíztató eredmények ellenére a technológiának még sokat kell fejlődnie ezen a területen, több problémára kell megoldást találni. Nagyon bonyolult szerkezet, gyerekek csontjai drasztikusan és kiszámíthatatlanul megváltoznak stb. De az implantok még felnőtteknél sem fejlődnek mindig, és nem állnak egybe a csontszövetekkel. Ha pedig a szervezet kilöki őket, veszélyes fertőzéseket okozhatnak. Az eddigi legtöbb nyomtatott implantátumhoz fémet, műanyagot vagy valamilyen kompozitanyagot használtak, amelyeket a test általában idegen matériaként kezel.

Ezért fontos és úttörő a Dél-Dániai Egyetem kutatása. Fém és műanyag helyett az eredetihez nagyon hasonló, lényegében kerámiaféle csontanyaggal (zsírral kevert kalciumfoszfát-porral) dolgoztak. Erősnek is kellett lennie, hogy nyomtatni tudják.

Egér után sertés lesz a következő tesztalany, és utána következhet az ember. A mesterséges csont összes elemét korábban már emberi testre alkalmazhatónak minősítették. Annyira bíznak benne, hogy az Odensei Egyetemi Kórház több sebésze arra kérte műtét előtt álló betegeit, hogy halasszák el, és várják meg a klinikai tesztek eredményeit – és az új anyagból készülő implantokat.

A 3D Printing Industry jövőnéző sorozatában ezúttal Len Pannett, a Visagio Ltd. vállalat működési stratégia szakértője vázolta fel a technológia következő öt évét, különös tekintettel az ellátási láncra.

Szinte minden nap hallunk 3DP újításokról, és sokak szerint teljesen forradalmasíthatja az ellátási láncot: nem lesz szükség tartalék-alkatrészek raktározására, az autóműhelyeket printerekkel szerelik fel, sőt, a fenntarthatóság problémáit is megoldja.

A valóság azonban prózaibb – véli Pannett. A technológiát az eladások évi 25 százalékos növekedése, a tárgykészítésre gyakorolt jelentős hatása ellenére sem használják széles körben a gyártóiparban. Rácsodálkoznak, elismerik, hogy mennyire hasznos és ígéretes, de sokan még nem mérték fel, hogy milyen esetekben ideális.

Pannett szerint ne számítsunk radikális változásra a következő öt éven belül, viszont mainstreammé válhat az ellátási lánc működésének és hosszútávú modelljeinek megtervezésében.

Öt év nem nagy idő, és a lehetséges technológiák között mindenképpen számolnak a 3DP-vel. Eleve rugalmasabb, lerövidíti a teljes munkafolyamatot, bonyolultabb formák kivitelezhetők vele.

Azonban mindezek és a hagyományos gyártással összehasonlítva kevesebb megkötés ellenére sem elég kiforrott, és nem is gyártási „életelixír.” A nyomtatáshoz használt anyagokat speciálisan kell előkészíteni, nyomás után kötelező a teszt, és ha a nyomatok elég jók, az utómunkálatok következnek. Ezek az állomások mind növelik a gyártási időt és költségeket, és előre meg is kell tervezni őket. Ráadásul még évek választanak el a valódi többanyagos (multi-material) nyomtatás elterjedésétől, úgyhogy egy ideig inkább egyetlen anyagból álló, igaz komplexebb és kevesebb részt tartalmazó nyomatokra számítsunk. Különféle anyagok egyberakása nem fog menni összeszerelés nélkül.

A szakember a változást abban látja, hogy egyre többen tudnak a 3DP-ről, és egyre több vállalatvezetés gondolkozik el a használatán. Friss felmérésre hivatkozik: a Strategy& konzultációs cég által megkérdezett cégek 45 százaléka a jelenlegi termékek életciklus tervezésénél ugyan nem fontolgatja, 5 éven belül viszont a 95 százalékuk biztosra veszi a 3DP használatát.

Először azonosítaniuk kell, hogy milyen területeken segít megvalósítani a célokat, hol előnyösebb a hagyományos módszereknél, kivitelezhetők-e vele korábban megvalósíthatatlan dolgok.

A GE és az Airbus például rájött, hogy egyes alkatrészek tömege csökkenthető, ha nyomtatják őket. És ha a tömeg csökken, csökken a szükséges üzemanyag-mennyiség is. Raktározásra szintén kevesebbet kell költeni.

A Boeing is felmérte a potenciális előnyöket, és műholdjaihoz használni fogja a technológiát.

A cégeknek a következő kérdéseken kell elgondolkodniuk: milyen 3D printerre, milyen anyagokkal lesz szükségük? Hova tegyék a nyomtatókat? Megvásárolják a gépet, vagy nyomtatásszolgáltatóra bízzák a munkát? Megoldható-e házon belül a 3D tervezés, mennyire garantált a nyomat minősége, mennyibe kerül? És így tovább.

Pannett konklúziója: a következő 5 évben sem a nyomtatók használati módja, sem az azokat használó ellátási láncok nem változnak drasztikusan. Változások persze lesznek, de elsősorban a vállalatok, cégvezetők hozzáállásában.

Az ipari 3D nyomtatás az évek során a fém- és műanyag alkatrészek nagyszériás gyártásának egyik alaptechnológiájává vált. A szakterületi kutatásfejlesztéshez és innovációhoz viszont nagyon jól kell érteni az additív gyártást és lehetőségeit. Ezért kritikus fontosságú, hogy az érdeklődők már az iskolapadban ismerkedjenek meg vele, és alakuljon ki az „additív bennszülöttek” első generációja.

Természetesen minél korábban ismerik meg a diákok a 3DP-t, annál nagyobb az esélyük, hogy életük további szakaszaiban tudják kezelni a technológiát. Tehát a felsőoktatás mellett az oktatás minden szintjén, illetve szakmai képzéseken is üdvözlendők a 3DP elterjesztésére irányuló kezdeményezések. Magyarországon a FreeDee Printing Solutions számít e törekvések élharcosának („3D nyomtatót minden iskolába”, „3DTech az iskolákban”).

Az 1989-ben alapított német EOS az egyik legismertebb 3D nyomtatással foglalkozó nagyvállalat. Csúcstechnológiai megoldásaik az ipari 3DP-t célozzák meg, az utóbbi években pedig már a 3D fémnyomtatás élharcosai közé tartoznak. A közvetlen lézeres fém szinterezés (DMLES) úttörői és világelsői, és polimer-alapú technológiákban szintén kihagyhatatlan piaci szereplők.

Több mint két évtizede a cég Akadémia programjával támogatja az oktatást, annak részeként lehetővé téve, hogy nemcsak német oktatási intézmények és kutatóintézetek vásároljanak kedvezményesen EOS-rendszereket. Az eredmény: megoldásaikat a világ több mint 300 intézményében használják.

„2004 óta fémanyagok kutatási és oktatási célú feldolgozására használjuk a rendszereiket. A 3D fémnyomtatásban szerzett gazdag tapasztalataink alapján készítjük fel diákjainkat a jövő gyártási forgatókönyveire. Ez egy nagyon fontos megkülönböztető jegy köztünk és más egyetemek között” – nyilatkozta a Wolverhampton Egyetemen fejlett gyártótechnológiákat tanító Mark Stanford.

Az EOS idén jelentette be, hogy ügyfeleinek fémnyomtatás és biztonsági tréningeket ajánl fel. Ezen a héten újabb bejelentést tett: az Akadémia programot a poralapú 3D nyomtatás promótálása céljából bővítik. A program lényege, hogy a diákok és a kutatók továbbfejlesszék magukat innovatív technológiákban. A bővítéssel nagyon jól járnak az érintett intézmények: folyamatosan hozzáférnek frissítésekhez, máskülönben fizetős tanulmányokhoz, plusz az EOS kifejezetten nekik is talál ki elfoglaltságokat.

Az újítások 3 modult tartalmaznak: kezdő, diplomás, tudós.

A programba gyakorlóleckék, webes szemináriumok és más oktatási opciók tartoznak, plusz ott vannak melléjük az EOS rendszerei, mint az M290 vagy a Sintratec két kezdőszintű gépe. A részvételi jogosultsághoz hivatalos oktatási intézménynek kell lenni, az oktatás legalább 50 százalékában EOS rendszert kell használni, és ez a használat nem lehet kereskedelmi-üzleti célú.

Az új technológiákkal foglalkozó IDTechEx Research piackutató és konzultációs cég a 3D fémnyomtatás következő tíz esztendejéről (technológiákról, alkalmazásokról, piacról) készített tanulmányt (3D Printing Metals 2018-2028: Technology and Market Analysis). Gyors növekedésre, a kereslet és kínálat találkozására és 2028-ra 12 milliárd dollárossá bővülő 3D fémnyomtató-piacra számítanak.

A 3D fémnyomtatást ugyan már az 1990-es években alkalmazták, nagymértékű növekedésről azonban csak 2013 óta beszélhetünk. A fejlődésnek komoly lökést adott, hogy 2016-ban több szabadalom lejárt, 2017-et pedig sokan egyenesen a 3D fémnyomtatás, a 3DP ipari áttörése évének tartják.

Jövőképekben természetesen a jelent is mindig figyelembe veszik, a szcenáriók általában az egészen közeli múltból indulnak ki. A mát a közvetlen fémes lézer szinterezés (DMLS) uralja, 2016-ban ez a módszer jelentette a piaci bevételek 86 százalékát, míg a maradék a többi három megoldás (elektronsugaras ráolvasztás – EBM, irányított energia lerakódás – DED, binder jetting) között oszlott meg.

A legújabb technológiákat (folyadékos fémolvasztás, metál és polimer nyomtatószálas préselés, nanorészecskés, mikrofolyadékos megoldások stb.) eddig még nem nagyon alkalmazták, viszont közép- és hosszútávon mindegyiknek komoly jövőt prognosztizálnak. Elsősorban azért, mert az árak és specializáció terén kifejezetten versenyképesek, és így idővel a már elfogadott módszerek komoly riválisai lehetnek. A Markforged Metal X fémnyomtatója például műanyag hordozóanyaggal kötött fémpor nyomtatásával dolgozik, ezzel kiküszöbölték a biztonsági kockázatokat, amelyeket más fémnyomtatási technológiák felvetnek, miközben egy jóval megfizethetőbb lehetőséget is teremtettek.

A mostani elsőszámú gyártók (EOS, Concept Laser, Arcam AB stb.) mellett a legígéretesebb startupnak a Desktop Metalt tartják, a cég 2015 óta a többi kezdő 3D fémnyomtató vállalat összesített támogatásának közel a felét szedte össze, ami igen komoly teljesítmény.

Várhatóan folytatódik a fémnyomtató-eladások elmúlt években tapasztalt exponenciális növekedése, és ezzel párhuzamosan az árak is folyamatosan esnek. A tanulmány szerzői a 2018 és 2028 közötti időszakra 23 százalékos összetett éves növekedési rátát (CAGR) prognosztizálnak. Hosszabb távon a nyomtatóanyagok eladása még gyorsabban fog növekedni, mint a printereké.

 Az okok elég egyértelműek. Egyrészt a fogyasztók olcsóbb gépeket keresnek, másrészt a fémprinterekkel rendelkezők számának növekedésével, egyre nagyobb lesz a nyomtatóanyagok iránti igény, amelyek valószínűleg sokáig valamilyen fémporok, fémporalapú matériák lesznek.

A két tendencia törvényszerűen összekapcsolódik.

A virtuális valóság az egyik legdinamikusabban fejlődő új technológia, médium. A tavalyra prognosztizált nagy áttörés, mainstreammé válás egyelőre ugyan várat magára, az alkalmazási területek száma azonban folyamatosan bővül, és mivel eleve 3D megoldásról van szó, VR és 3D nyomtatás például a 3D modellezés miatt szoros kapcsolatban áll egymással, jövőjük több szálon fonódik egybe. A VR-rel újabb lehetőségek nyíltak nyomtatható 3D modellek tervezésére. És persze a VR mellett ott van az elterjedtebb AR, a kiterjesztett valóság, és a különféle médiumok kombinációja, a kevert valóság, azaz MR is.

Márciusban mutatták be a virtuális valóságot és a CAD-tervezést közös nevezőre hozó, és a HTC Vive headsetről történő nyomtatás lehetőségét megteremtő MakeVR alkalmazást. A két fejlesztő a Sixense és a Vive Studios mérnökeiktől kapott visszajelzéseket figyelembe véve, elkészült az újabb változat is, a több újdonsággal bővült, például .stl fájlok importálására is alkalmas, 40 dollárért megvásárolható MakeVR Pro.

Más CAD tervezőeszközökhöz hasonlóan, a MakeVR Proval is mértani alakzatokkal, például kockákkal, gömbökkel alkothatunk tárgyakat, különösebb rajztudás nélkül összetett és nyomtatható alakzatokat.

A legfontosabb újításnak két mérőeszköz, négyzethálók és vonalzók számítanak, amelyekkel élethű méretekben, méretarányosan hozhatunk létre, kapcsolhatunk egybe, szedhetünk szét objektumokat. Előre meg is nézhetjük, hogyan néz ki az adott tárgy, ha más helyre mozgatjuk el. A tárgyak mozgása szintén követhető.

Már a márciusi alkalmazással közvetlen kapcsolatot létesíthettünk a 3DP szolgáltató Shapeways-zel, exportálhattuk .stl és .obj fájljainkat. Most újabb lehetőségek állnak rendelkezésünkre: a Vive-ra importálhatjuk az .stl állományokat, azaz terveinket virtuálisvalóság-sisakról nyomtathatjuk ki.

A szintén új tükrözés funkcióval pedig teljesen aszimmetrikus tervrajzokat készíthetünk.

„A VR által biztosított élethűséget és teret kihasználva a userek egyre pontosabban alakíthatnak ki, módosíthatnak, mozgathatnak tárgyakat, nagyjából úgy, ahogy az ácsok és gépszerelők dolgoznak saját fizikai műhelyükben” – nyilatkozta Joel Breton, a Vive Studios vezérigazgatója.

AR/VR és 3D terén a Disney szintén komolyat újított. Vidámparkjaikban hamarosan munkába áll, a kevert valóság (mixed reality) élményét mobileszköz és headset nélkül nyújtó Mágikus Pad. Úgy képzeljük el, hogy a pad a különféle szín- és mélységérzékelőkkel felszerelt helyiség közepén található, és ezekkel az eszközökkel a szoba és az ott tartózkodó személyek digitálisan újraalkothatók. A szenzorok jóvoltából virtuális karaktereket is bevezethetünk, majd interakcióba léphetünk velük. A kevertvalóság-környezetet a szobával szembeni hatalmas kijelzőn vizualizálhatjuk.

A technológia azért is izgalmas, mert több-felhasználós AR/MR interakciók kivitelezhetők vele, és az érintéstechnológiáknak köszönhetően még valódibb az élmény.

Ismert tény, hogy a medicina a 3D nyomtatás egyik leggyorsabban fejlődő hasznosulási területe. Printelt művégtagoktól különféle súlyos műtétek előkészítéséig vagy az orvostudomány oktatásáig egyre több az alkalmazás. A technológia könnyebbé teszi a gyógyítást, korábban elképzelhetetlen és kivitelezhetetlen megoldásokat fogadtatott el. Mindezek mellett komoly szerepet játszik a medicina személyre szabásában, hogy általánosságok helyett egyedi esetekre, minden betegre külön esetként tekintsen az orvos. Az ipar 4.0 térhódításával ezek a trendek a közeljövőben még markánsabbá válnak. A FreeDee többek között 3D CAD-modellek készítésével, 3D testszkenneléssel, fogászati és orvosi 3D nyomtatással járul hozzá a 3DP hazai orvosi és fogászati elterjedéséhez.

A San Diegói Kalifornia Egyetem és egy helyi gyermekkórház 9 és 16 év közötti gyerekek legjellegzetesebb csípő-rendellenességét igyekezett 3D nyomtatással kezelni, és megállapították, hogy a 3DP segítségével a műtétek ideje 25 százalékkal csökken. A combcsonti epifízis deformációjához vezető egyik esetét vizsgálták, amely sebészi beavatkozás nélkül nem kezelhető. A csípő egészséges működése csak a combcsont deformált részének eltávolításával állítható vissza. (Az epifízis a csöves csontok vastagodó, ízületképzésben résztvevő végdarabja. A növekedési szakaszban porclemez választja el a csont középső részétől.)

A gyermek- és lábgyógyászati szakorvosokkal együtt dolgozó mérnökök 3D nyomtatóval hoztak létre műtéttervező modelleket. Összehasonlították a műtétek idejét: öt esetben a nyomtatott modelleket használták, másik öt esetben nem.  A projektről tanulmányt is készítettek. A tanulmány elsőszámú szerzője és a gyermekkorház orvosa, Vidyadhar Upasani szerint kulcsjelentőségű a modellek használata.

A tanulmányban azt is kiszámolták, hogy a 3D modellekkel megspórolt idő pénzre átszámítva 2700 dollár megtakarítást jelent. Alacsonyabb árfekvésű printerrel a modellek 2200, egy-egy modell pedig kb. 10 dollárba került. A feladat kivitelezése egyébként kifejezetten nehéz, mert a műtendő rész közvetlenül nem látható, és ezért kell hozzá nyomtatott modell, amelyen a beavatkozás előre tanulmányozható. Az új megközelítés előtt tervezéshez és műtételhez is röntgensugarakat használtak, ami egyrészt időigényes, másrészt sugárzásnak teszi ki a betegeket.

A nyomtatáshoz a beteg medencéjéről készült CT szkeneket használták bemenő adatként. A csontok és a növekedés megjelenítéséhez számítógépes modellt hoztak létre. A kórházban meg vannak győződve, hogy 3D nyomtatás nélkül ma már nehéz műtétet előkészíteni.

A kutatók elmondták, hogy további projekteket terveznek, amelyekben más betegségek kezelésére dolgoznak majd ki 3D modelleket.

A fejlődő, harmadik világbeli országok egyik legfőbb problémája az energiahiány. Fenntartható energiából, alternatív megoldásokból különösen rosszul állnak, pedig komoly lehetőséget jelenthetnének számukra a közeljövőt előrevetítő technológiák. Szerencsére egyre több helyen próbálkoznak velük, és ezekben a kezdeményezésekben mind gyakrabban alkalmazzák a 3D nyomtatást.

Tanzániában a lakosság 75 százaléka, több mint 30 millió személy nem rendelkezik energiaforrással. A 2014-ben alapított helyi Simusolar startup rajtuk próbál segíteni: napenergiát vidéki tanzániaiaknak eljuttató megoldásokat dolgoznak ki és alkalmaznak. A Viktória-tónál éjszaka dolgozó horgászoknak például a gyakran használt petróleumlámpát tökéletesen helyettesítő, napenergiával működő LED-világítókat fejlesztettek.

A Simusolar nemrég jelentette be, hogy „szintet lépett”, és ezentúl 3D nyomtatással is foglalkozik. Az egyik legismertebb 3DP vállalattal, a Sculpteoval kötöttek partneri szerződést, amelynek keretében a francia cég speciális alkatrészeket printel a Simusolar napalapú technológiáihoz. (A tanzániai cég dolgozói komoly napenergiai tapasztalatokkal rendelkeznek.)

„Ügyfeleink bevételeiket napenergiával működtetetett szerszámokkal növelni óhajtó kisgazdák, halászok és vidéki lakosok. Sokuk többféle munkát kénytelen végezni, mert egy nem elég. A pénzügyi szolgáltatások és a hozzáférhető energia hiánya komoly akadályt jelentenek” – magyarázzák a Simusolar képviselői.

Vízszivattyúk, otthoni világítás, kisvállalkozások felszerelése és legújabban az éjszakai halászathoz használt fényforrások tartoznak a cég napenergia-alapú megoldásai közé. A halászat azért is nagyon fontos, mert a tanzániai Tóvidéken a Viktória-tó halállománya a leggazdagabb fehérjékben. Bizakodnak, hogy 3D nyomtatással az eddigieknél is komolyabb eredményeket érnek el.

Elmagyarázták, hogy elektromos szigetelőanyagból kellett elkészíteniük az áramkör egyik kicsi, egyedi és bonyolult alkatrészét. Fröccsöntésben gondolkoztak, de mivel csak ezer darab kellett, a magas költségek elriasztották őket. Ekkor jöttek rá, hogy a 3D nyomtatás a megoldás.

Első körben alvállalkozójukhoz, a Tackling Designhoz fordultak, de a félprofi FDM printerrel gyenge eredményt értek el. Miután megismerték a Sculpteo SLS rendszerét, rájöttek, hogy végeredményben olcsóbban készítenek sokkal nagyobb felbontású, összességében robusztusabb nyomatokat.  Azóta legtöbb projektjükhöz ezt a megoldást használják, és most már az eredménnyel is elégedettek. Ráadásul 3D nyomtatással gyorsabb és olcsóbb is a kisszériás termékgyártás.

Fényes jövőt jósolnak a Sculpteoval való együttműködésnek.

Gyakran felmerülő kérdés, hogy mennyire biztonságos a gépkezelő szempontjából a 3D nyomtatás, mit bocsátanak ki magukból a felhasznált anyagok, a nyomtatószálak?

A rövid válasz: az egyes oldatok és félvezetők fejlesztésével és kereskedelmi forgalmazásával foglalkozó 2015-ben alapított varsói SajTom Light Future Ltd. alapos kutatással, ABS, PLA, PET és nejlon nyomtatószálakat vizsgálva, bizonyította, hogy a 3DP a műanyag megolvadása ellenére sem káros a felhasználóra. A kutatásban a 3DKreator nyomtatógyártó és a Milánói Egyetem is részt vett.

Fosszilis tüzelőanyag-kivonatokból készült műanyagok olvasztásakor csak akkor keletkezik károsgáz-kibocsátás, ha az olvasztás 460-600 Celsius-fokon történik. Összehasonlításként: tipikus desktop gépeknél 240-250 fok a maximum, azaz sokkal alacsonyabb, és ezen a hőmérsékleten sem szénmonoxid, sem hidrogén-cianid, ismertebb régies nevén kéksav-párlat nem keletkezik.

Az összes mintát 240-250 fokra melegítették fel, majd 10 percen keresztül vizsgálták a kibocsátott gőzöket. A fentebbi ábra mutatja, hogy a nyomtatószálak milyen illékony szerves vegyületeket (VOC) tartalmaznak.

A 400x390x520 milliméteres nyomtatótálca és a szellőzés szempontjából kb. 50 százalékos térfogatáram mellett az ABS egy óra alatt 280 milliomod szerves szennyezőanyagot bocsátott ki, ami „nem jelent veszélyt a felhasználóra.”

A PLA-nél, 32 százaléknál nem meglepő módon még kevesebb volt a szennyezőanyag-kibocsátás, a benne lévő legismertebb szennyező VOC, a metil-metalrilát az Egészségügyi Világszervezet (WHO) osztályozása szerint „alacsony” veszélyességi szint.

A tanulmány szerzői szűrők használatát, a SajTom fényelnyelő fotokatalitikus termékeit, azaz saját anyagaikból készült szűrőket javasolnak. A tipikus rendszerek szűrőivel ellentétben ezek a levegőben semlegesítik a káros gázokat. 2016 óta alkalmazzák őket desktop gépeknél, és a jövőben széleskörű használatuk várható.

A szerzők további teszteket és más változókat (nyomtatószál vastagság, gépbeállítások, helyiségméret stb.), valamint természetesen környezetbarátabb anyagokat javasolnak. Ez a terület több nagy projektnél is prioritás, az EU is támogat egyet, amely az autógyártásban és a légjármű-iparban kíván zöldebb anyagokat hasznosítani.

Nyomtatószálakra visszatérve: a konklúzió, hogy aggodalomra nincs ok, megfelelő szellőzés mellett pedig még annyira sincs.