FREEDEE BLOG

2013 és 2020 között éves átlagban 26,3 százalékkal nőtt a szabadalmak száma a nemzetközi 3DP-piacon – derül ki az Európai Szabadalmi Hivatal (EPO) friss jelentéséből. A növekedés nyolcszor nagyobb, mint más technológiai területeken. Ez utóbbi adat magáért beszél: az additív gyártást a folyamatos újítás jellemzi.

Az anyagból egyértelműnek tűnik, hogy a globális szereplők új folyamatok, anyagok és gépek kidolgozására összpontosítanak, az innováció állami kutatóintézetekben és a magánszférát meghatározó cégeknél – a szektor történetében soha nem tapasztalt mértékű növekedést és terjeszkedést előidézve – egyaránt pörög.

2001 óta 50 ezernél több nemzetközi szabadalom-kérvényt nyújtottak be a 3D nyomtatásban. Míg a múltban főként nagy mérnöki vállalatokhoz kapcsolódtak, addig jelenleg, különösen az orvosi/egészségügyi szektorban folyamatosan nő a startupok száma. Az innovációban a szállítás szintén fontos szerepet játszik – állítják az EPO-anyag szerzői.

A 2001 és 2020 közötti nemzetközi szabadalmak közel negyven százaléka az Egyesült Államokhoz köthető, 6,9 százalékkal megelőzve az összesített európaiakat. 13,9 százalékkal Japán a harmadik, és – ha az uniós országokat nem egyben, hanem külön-külön nézzük, akkor – Németország a harmadik, 13,4 százalékkal.

Vállalati szinten, a General Electric, a Raytheon Technologies és a HP nyújtotta be a legtöbb oltalomkérvényt: 1793-at, 1441-et és 1362-t. Mindhárom amerikai székhelyű ipari nagyágyú, de a beszámolóból kiderül az is, hogy a startup-ökoszisztéma is virágzik.

A beadott kérelmek iparági trendmérő barométerként is értelmezhetők, mert a szabadalmaztatási folyamatot gyakran évekkel a termék megjelenése előtt elkezdik. A gyakorlatból a jövő piaci trendjeire következtethetünk, és látjuk: az exponenciális növekedés exponenciális marad. 2016-ban hatmilliárd dollárt, 2022-ben a háromszorosát, 18 milliárdot értek el az iparági bevételek. 2028-ra ötvenmilliárdot prognosztizálnak.

A vizsgált periódusban a kérvények tizenkét százalékát közérdekű kutatóintézmények és a területen vezetőnek számító állami egyetemek (például az MIT, a Carnegie Mellon, a Penn State) jegyezték.

A ChatGPT amellett, hogy gyors és általában pontos választ ad természetes nyelven feltett kérdésekre, kódokat is tud generálni. Ezért érdekes a 3D nyomtatás számára. Az additív gyártás több alkalmazási területén, 3D modellek tervezésére használható.

A tervezőknek meg kell tanulniuk, hogyan generáljanak a mesterségesintelligencia-chatbottal stl-fájlokat, milyen bemeneti infókat, specifikációkat adjanak meg neki. Az MI-modellek sikeres használatának egyik alapfeltétele, hogy minél jobb szöveges utasításokat, promptokat dolgozzunk ki, amelyek alapján előállnak az outputtal.

Minél több pluszinfót közlünk vele, annál jobb lesz az output, azaz meg kell találni az ideális promptot, ami 3D modellek esetében nagyobb kihívás, mint szöveg-szövegnél vagy szöveg-képnél.

A folyamat két technológia, 3D nyomtatás és MI érdekes és ígéretes kombinációja,

A ChatGPT első használati módja az additív gyártásban legelterjedtebb formátum, az stl-fájl létrehozásához szükséges prompt megfogalmazása. A bináris megjelenítéssel szemben az ASCII ember számára is olvasható, megkönnyíti az MI outputjának értelmezését.

Egyből ne várjunk csodát, tesztelgessük mindaddig, amíg folyamatos javítással el nem jutunk a legjobbnak tűnő promptig. Ha túl nagyméretű fájlt generál, a program könnyen leállhat. Ilyenkor elég a folytatásra klikkelni.

A ChatGPT speciális tervezőprogramokhoz, például az OpenSCAD-hoz is használható 3D modellgenerálásra. A programozást az MI végzi, ezért utasíthatjuk, hogy készítsen kódrészeket az OpenSCAD-hoz. Egyelőre még nem tökéletes benne, de folyamatosan fejlődik. Ezt ellensúlyozhatjuk minél jobb promptokkal.

Összességében a ChatGPT – és más MI-modellek is – sokat segíthet, viszont legyünk türelemmel vele.

Az Egyesült Arab Emírségekben, különösen Dubaiban szinte mindig történik valami az additívgyártás-fronton.

Köztudott, hogy a kvázi városállam jelentős mértékben akarja bővíteni vízi szállítási hálózatát, és a bővítést a kimondhatatlanul hosszú nevű koronaherceg, Hamdan bin Mohammed bin Rashid Al Maktoum is maximálisan támogatja. A 2030-ig kidolgozott mestertervben komoly változtatások szerepelnek, egyikük a világ első 3D nyomtatással készülő, a hajó és a csónak között átment elektromos abra járműve.

A terv alapján az évtizedfordulóig ötvenegy százalékkal többen fogják használni a vízi közlekedést, magának a hálózatnak a hosszát pedig 188 százalékkal növelik. A vízi közlekedési állomások száma negyvennyolcról hetvenkilencre fog emelkedni. A személyszállító vonalak száma négyszáz, a szállítóflotta mérete harminckét százalékkal növekszik.   

A trónörökös az Utak és Közlekedés Hatóságnál járva látta a mestertervet, és teljesen egyetért Dubai tengeri szállítás infrastruktúrájának ilyen mértékű növelésével.

Szakértők szerint a számokon túl, a printelt elektromos abra teszi igazán különlegessé a tervet. A járművet az állami és a magánszektor közösen fejleszti, és várhatóan forradalmasítani fogja a vízi szállítást. A húszéves személyszállító hajócska újragyártása, a 3D nyomtatásnak köszönhetően jóval gazdaságosabb, mintha hagyományos gyártótechnológiával dolgoznának.

A gyártási időt kilencven, az előállítási költségeket harminc százalékkal csökkentik. A távirányított monitoring funkcióval rendelkező előrejelző karbantartó rendszer és a szenzorok jóvoltából biztonságosabb lesz a tengeri szállítás. A valós idejű figyeléshez természetesen mesterséges intelligenciát is használnak.

A városvezetés elkötelezettsége egyértelmű, az új megoldással a tengeri szállítás újabb globális szabványát igyekeznek létrehozni.

A japán Solize Corporation a HP Jet Fusion 3D nyomtatótechnológiájával gyárt automata sebességváltókhoz olajhűtő csöveket. A sorozatban gyártott darabokat a Toyota opcionális alkatrészként szereli Lexus LC500 autójába.

Ez az első eset a szigetországban, hogy helyi járműgyártó printelt terméket eredeti opcionális alkatrészként használ. A Solize-t a Toyota engedélyezett beszállítójaként regisztrálták, ami szintén premier: a járműgyártónak eddig még nem volt alkatrészeket 3D nyomtatással előállító beszállítója.

Az LC500 a Toyota Lexus autóvonalának „zászlóshajója.” Az elegáns stílus és a remek vezetés kombinációjára úgy optimalizálták, hogy a jármű reagáljon a sofőr akaratára.

Az opcionális sebességváltó olajhűtő hatékonyan végzi feladatát, vezetés közben csökkenti az olaj egyébként növekvő hőmérsékletét. A gördülékeny váltás növeli a vezető kényelemérzetét – a nyomtatott csövet pont ezért gyártották.

A két vállalat közösen dolgozott a Toyota első tömeges gyártás tanúsítvánnyal rendelkező nyomtatott alkatrészén. A Solize többször tesztelte a nyomtatási feltételeket, ellenőrizte az anyagot, hogy a termék a fenntarthatóság kritériumainak is megfeleljen.

A munkával párhuzamosan a cég környezet-karbantartási, folyamatirányítási és humánerőforrás-tréning központot épített. A költséghatékonyság érdekében a tervezést és a nyomtatást is sikeresen optimalizálták, biztosítva a nyomatok hosszútávú stabil működését.

Öntőformák nélkül oldották meg a gyártást, amellyel szintén sokat megspóroltak. Karbantartásuk – több más iparág mellett – a járműgyártásban is komoly költségnövelő tényező (raktározás, javítás, logisztika stb.).

A 3D nyomtatással az ipari hulladék mennyisége is csökken, a rugalmas tervezés és gyártórendszer pedig jobban megfelel a fogyasztói igényeknek. A Solize összehasonlító elemzést végzett a fröccsöntéses és a 3DP-vel történő gyártás közbeni üvegházhatású gázok kibocsátásáról. Számításaikból kiderült, hogy additív technológiával harminchét százalékkal kevesebb széndioxid termelődik.

Sokszor türelem kell a 3D nyomtatáshoz. A nagy és bonyolult nyomatok órákig készülnek, az iparban pedig még tovább tart a folyamat. Ezért hasznos az automatizáció, de szakemberek egyébként is folyamatosan keresik a printerek felgyorsítási lehetőségeit.

A Tokió Egyetem kutatói teljesen másként, japánoktól nem meglepő módon hagyomány és modernitás, origami és 3D nyomtatás közös nevezőre hozásával közelítették meg a problémát.

Origamit nyomtattak. Nem ez volt az első eset a technológiatörténelemben, viszont újfent felhívták a figyelmet az origami-készítés kreativitására és a benne rejlő lehetőségekre.

A munkafolyamatot 4D nyomtatásnak tartják, mert a negyedik dimenzióval, az idővel drasztikusan csökken a printelés hossza. A végtermék szinte azonnal az óhajtott formává hajtogatja magát.

A kutatók lapos lapokat készítenek origami-mintákkal. A minták olyan összetettek lehetnek, hogy „haladó” origami-művészeknek is több órába telne a kidolgozásuk. Azonban a speciális eljárásnak köszönhetően, a lapokra forró vizet öntve, néhány másodperc alatt komplex alakzatokká állnak össze.

A munkához saját fejlesztésű algoritmust használnak, vele terveznek, a 2D lap pedig a papírhoz hasonlóan, alakul origami-alakzatokká. A mintákat az anyagfúváshoz hasonló eljárással nyomtatják műanyag lapra. Ők tintasugaras UV nyomtatásnak hívják, mert a printelt anyagok reagálnak UV-fényre.

A nyomat több anyagrétegből áll: az első az alap, a tintaréteg, legfelül pedig a vízhatlan védőborítás.

Az egyedi kialakítás miatt a hajtogatást segítő rések alakulnak ki. A nyomat a reaktív műanyaggal kapcsolatba lépő víz hatására rendeződik előre megtervezett formává. Például macskák, gömbök, de akár sapkák is pillanatok leforgása alatt kialakulnak belőle.

A projektnek nincs vége, a kutatók szerint bővíteni kell az ilyen alkalmazásokhoz használható anyagok számát. De ennél is fontosabb, hogy technikájukkal kevesebb hulladék termelődik.

Az origami-nyomtatást többek között a divatban és az egészségügyben alkalmazhatják.

A speciális vegyszerek gyártásában fontos globális szereplő német Evonik stratégiai partnerséget kötött a vegyszerekre és ásványokra szakosodott connecticuti LEHVOSS Csoporttal, azaz két anyagfejlesztő és -gyártó állapodott meg a közös munkáról. 

Az együttműködés kulcsa két közös kezdeményezés.

Az Evonik PA613 polimerére, poliamid 613 nyomtatóanyagokra épül az egyik. A LEHVOSS ez alapján készíti el saját LUVOSINT márkanév alatt futó nyomtatóanyagát. Másrészt, az Evonik INFINAM PA 6005 P polimerpora szeptember elsejétől az amerikai-német vállalat termék portfoliójába került.

A partnerségtől mindkét fél azt is reméli, hogy a gépjármű-iparban új alkalmazási lehetőségek nyílnak meg számukra.

Az INFINAM PA 6005 P magasabb hőmérsékletű 3DP technológiákhoz, például szelektív lézeres szinterezéshez nagyon alkalmas. Más nehezen megmunkálható anyagokkal összehasonlítva, kevésbé szívja fel a vizet, így jobban feldolgozható, és a kész nyomat mérete sem okoz kellemetlen meglepetést.

A LEHVOSS szelektív lézeres szinterezéshez szénrosttal megerősített port fejleszt az Evonik PA613 alap-polimeréből, ez lesz a LUVOSINT PA613 9711 CF.

A két vezetőség elégedetten nyilatkozott.

Az Evonik elmondta, hogy három évtizedes tevékenységük során most dolgoznak először együtt egy másik anyaggyártóval. Partnerük szakértői csapatától új alkalmazásokat megalapozó, speciális anyagváltozatokat várnak.

A LEHVOSS az Evonik alap-polimerének minőségét dicsérte, amellyel könnyebb lesz kielégíteni ügyfeleik speciális igényeit. Termékeiket többféle 3D nyomtatótechnológiához használhatják.

Elképesztő mennyiségű, évente 350 millió tonna műanyaghulladék termelődik. A vizekbe kerülő kockázatos anyagok külön aggodalomra adnak okot. Jó ideje egyértelmű, hogy cselekedni kell.

A megoldás része lehet a San Diegoi Kalifornia Egyetem friss fejlesztése: organikus élő anyagot nyomtattak. A szennyezés elleni anyag az alginátként ismert tengerimoszat-polimerből és génmanipulált cianobaktériumokból (kékmoszatokból) áll. A kiválasztott szennyeződéseket a moszat szerkezetét lebontó enzimek termelésével távolítja el, a káros anyagokat jóindulatú, ártalmatlan molekulákká alakítja át.

A moszat-alginát és a baktériumok keverékét 3D nyomtatóból extrudálják a víz felületén lebegő, különféle környezetekbe helyezhető szerkezetekké.

Egy polimer és egy biológiai anyag összepárosítása azért innovatív, mert úgy működik, és stimulálásra úgy reagál, ahogy az átlag szintetikus polimerek képtelenek. Az élő anyag „minden egyben” természete meglehetősen hatékony felépítést és felhasználást jelent, kifejezetten ígéretes a jövőbeli termékek lehetősége.

A tesztelés végére a kutatók rácsalakú szerkezet printelése mellett döntöttek. Előnye, hogy a lehető legtöbb tápanyagot nyújtja a baktériumnak, miközben maximalizálja az általa fertőtlenítendő felületet.

Szennyező anyagok lebontásához az élő anyagban lévő baktériumok lakkáz enzimet választanak ki. Korábbi tanulmányok bemutatták, hogy ez az enzim olyan szennyező anyagokat semlegesít, mint a polikarbonát műanyagokban, például a vízpalackokban megtalálható BPA (biszfenol-A).

Az enzim antibiotikumok, más gyógyszerek és hulladékok ellen szintén eredményes lebontó munkát végez.

A legutóbbi teszten a farmerek színezésére használt indigókármint, egy kék festéket is lebontott. Az anyag vizekben okozhat szennyeződést. A kutatók bizakodnak, hogy a további tesztekben élő anyaguk még több szennyező matériát hatástalanít.

Ugyanakkor arra is ügyelnek, hogy szennyezőanyagokat ne cseréljenek le baktériumok elvileg veszélyes terjedésére. A baktériumot ezért önmegsemmisítő eszközzel szerelték fel, és ha például a – teában vagy csokoládéban megtalálható – teofilin molekulával kerül kapcsolatba, belülről megsemmisül.

Négy űrhajós tért vissza a Nemzetközi Űrállomásról (ISS) a SpaceX Dragon Endeavour űrszondán. Az ISS-en töltött hat hónap alatt többtucatnyi tudományos kutatást végeztek, technológiai bemutatóprojektekben vettek részt. Az élettudományoktól a fizikáig, fejlett anyagokig, az űrben történő gyártásig, számos területen folytattak innovatív tevékenységet.

Ezek egyike a missziókritikus űrmegoldásokat fejlesztő Redwire biogyártás technológiájának (BFF) tesztelése volt. Sikerrel jártak, mert élő, emberi meniszkuszt (gyűrűporcot) nyomtattak. A szövetmintát visszahozták a Földre, és további elemzéseket végeznek rajta.

A frissített BFF tavaly novemberben érkezett az ISS-re, telepítése márciusban fejeződött be. A rendszer rendeltetése szövetek, később szervek bionyomtatása a világűrben, amelyekkel egyszer majd földi betegeken tudnak segíteni.

A meniszkuszok a comb- és lábszárcsont találkozásánál, a térdízületen belül elhelyezkedő, két, félhold alakú, rostos porcból álló képződmény. A térd belső oldalán található az egyik, a külsőn a másik.

A meniszkusz-projekt a Redwire és egy amerikai biomedikális központ közös kezdeményezése. Elsődleges céljuk ígéretes biotechnológiák katonai hasznosítása. Az amerikai hadseregben szolgálóknál ugyanis a meniszkusz-sérülés a leggyakoribb egészségügyi problémák egyike.

Nyomtatott szövetek nemcsak betegekbe ültethetők be, hanem új gyógymódokhoz vezető gyógyszerek fejlesztésében szintén fontos szerepet játszhatnak. A BFF-fel kezdetleges „szervecskék”, organoidok már most printelhetők, amelyekkel gyógyszerek tesztelhetők. Ha az organoidok használata elterjed, egyre ritkábban lesz szükség laboratóriumi állatokra.

A technológiával a nyomtatott szövetek mechanikai és vegyi stimulálása, sőt, idővel elvileg erek képződése is megvalósítható lesz. A szövetek a szervhiány kezelésében szintén segíthetnek.

A Redwire vezetősége elmondta, hogy az lenne az ideális, ha a folyamatot fel tudnák gyorsítani, és/vagy tömeges szervelőállításhoz vezető felfedezésre jutnának.

A kaliforniai Sakuu Corporation, az additív gyártás és az akkumulátorgyártás egyik élharcosa, a kereskedelmi léptékű következőgenerációs akkumulátorok és más komplex eszközök előállításához használt Kavian platform fejlesztője, az elmúlt hónapokban újabb mérföldkőhöz érkezett.

A nagyteljesítményű Li-Metal Cypress akkumulátorcellák május óta kereskedelmi forgalomba került mintáit ügyfeleinek is világszerte eljuttatta: többek között dróngyártóknak, védelmi vállalatoknak, az elektromos szerszámipar képviselőinek.

A Sakuu megoldotta a Li-Metal vegyi kihívásait, a termék az akkumulátor-szektorban egyedülálló biztonságot és teljesítményt képvisel.

A lítium-fém vegyi összetétel nagyobb energiájú és teljesítményű alkalmazásokat tesz lehetővé, nagyméretű elektromos járműveknek megfelelő hosszú élettartammal, magas energiasűrűséggel.

A Sakuu, az akkumulátorcella-technológia mellett a Kavian additívgyártás-platformot is fejleszti tovább. A cég újításai az akkumulátorfejlesztés, a tervezés és a gyártás új korszakát vetítik előre.

Arwed Niestroj, a vállalat egyik vezetője egy, júniusi elektromosautó-konferencián, Detroitban arról beszélt, hogy platformjukon polimereket, kerámiákat és fémeket is képesek nyomtatni. Különféle száraz folyamatokat használnak hozzájuk, akár egyetlen eszközben, egyetlen rétegen is.

Elmondása alapján az additív gyártást alkalmazó többi cég nem képes erre, és ezért tudnak akkumulátorokat és más aktív eszközöket is printelni.

Innovatív gyártótechnológiák fejlesztésével és OEM-ek számára történő licencelésével foglalkoznak, hogy nagyobb teljesítményű akkumulátorokat alacsonyabb költségen lehessen tömegesen termelni – emelte ki Robert Bagheri alapító-vezérigazgató.    

Az amerikai Chromatic 3D Materials printerek építése mellett poliuretántól szilikonig, epoxigyantáig, hőre keményedő, tartós következőgenerációs nyomtatóanyagokat fejleszt. Munkájuk elismeréseként, az Osztrák Szövetségi Vasút (ÖBB) százharminc tömőgyűrűt, valamint a cég RX-AM rendszerével nyomtatott csőmembránokat, tömítőszelencéket és szelepfedeleket vásárolt tőlük.

A Chromatic jóvoltából, az ÖBB immáron több vonatot üzemeltet ipari szilárdságú poliuretán fújtatókkal, tömítésekkel és egyéb nyomtatott alkatrészekkel.

Júniusban az osztrák vasút a szállítási szektorban ismerős problémával szembesült: nehézséget okozott az elavult alkatrészek pótlása, beszerzése. Ekkor keresték meg az amerikai vállalatot több egyedi alkatrész prototípusaival kapcsolatban.

Pár héttel később meg is történt a vásárlás.

Az alkatrészeket eleve úgy tervezték, hogy növeljék az ÖBB gépparkjának teljesítményét, élettartamát, sőt, a rezgések csökkentésével, a kényelmet is. Arra szintén ügyeltek, hogy por és nedvesség ne szivárogjon be a kocsikba.

Az alkalmazások megkövetelték, hogy az alkatrészek mozgó járműben szorosan tömítsenek vízzel és levegővel szemben. A tartósság és a rugalmasság miatt mindegyiket, köztük az 1,5 cm vastag, sűrű és tömör falú hőre keményedő tömítéseket poliuretánból printelték.

A Chromaticra speciális anyagai miatt esett az ÖBB választása. Nem véletlenül, mert a printelt poliuretánok szilárdsága és nyomástűrése megegyezik a fröccsöntött alkatrészekével. Az anyagok szigorú teszteken mentek át.

Az ÖBB és a sikeres vasúti alkalmazások után, a cég bizakodik, hogy termékeiket és technológiájukat más igényes szállítási, repülési, védelmi és egyéb ipari alkalmazásokban fogják hasznosítani.