FREEDEE BLOG

A 3D nyomtatás sok olyan projektben kulcsszereplő, amelyekben a zöld jövő a legfontosabb szempont. Szerencsére egyre több az ilyen kezdeményezés, így a jövőben a mainál is nagyobb mértékben fogják alkalmazni a technológiát.

Újrahasznosított anyagokkal bútoroktól cipőkig, mesterségesen természetes korallzátonyokig, a legváltozatosabb területen találkozunk. Mindegyikben a fenntarthatóság a közös elem.

A legújabb a francia Entreautre ügynökség és Simon Pavy designer közös munkája, egy léghűtő. Szükség lesz rá, mert a 2023-as volt az eddigi legforróbb nyár, és a jövőben még melegebbek várhatók.

Gőzerővel működtek mindenhol a légkondicionálók, csakhogy ezek a gépek sajnos nem környezetbarátok. Egyrészt sok elektromosságot fogyasztanak, másrészt a hűtéshez használt fluor-szénhidrogének bontják az ózonréteget. Közvetett hatásuk, hogy a nyarak még melegebbek lesznek.

Itt jön képbe az Entreautre és Pavy közös projektje. A terrakotta léghűtő a hagyományos légkondicionálók környezetbarát alternatívája.

Egyszerű ötletből indultak ki: porózus terrakotta-tartályt akartak létrehozni, amelyet vízzel töltöttek meg. A hűsítő hatás a víz természetes elpárolgásakor jelentkezik.

Az ihletet a Közép-Kelet ősi megoldásai adták. A vízelpárologtató hatás a kulcs, mert a légmozgás és a nedves terrakottafelület együtt levegőáramlást hoz létre.

Pavy és munkatársai a szellőző levegővel érintkező nedves falfelület méretét is növelték. A kerámianyomtatás különösen fontos volt komplex mennyiségek, például a növekedés teszteléséhez.

Magát a léghűtőt Olivier van Herpt holland művész fejlesztette, és úgy működik, mint a műanyagot nyomtató klasszikus FDM-gépek, csak ezúttal vékony terrakotta nyomtatószálakat extrudált rétegről rétegre.

A tér további optimalizálását, komplex parametrikus darabokat Pavy a Grasshopper szoftverrel tervezte meg. Hagyományos CAD programokkal nem is lehetett volna. A hűtő tetszetős lett, egyelőre tesztelik, hogy ne csak mutatós legyen, hanem teljesítményét, tartósságát és hatékonyságát se lehessen kritizálni.

1,4 billió dollár volt a globális gyógyszeripar 2022-es értéke. A medicinával ellentétben, a szektorban csak néhány éve kezdték el használni a forradalmi potenciállal rendelkező 3D nyomtatást. Jelenleg viszont egyre több gyógyszeripari projekt és vállalat tanulmányozza, alkalmazza a technológiát.

Egyértelmű, hogy miért: a printelt gyógyszerekben olyan lehetőségek vannak, amelyek a hagyományosakban nincsenek. A hagyományos eljárásokkal, tömegesen gyártott termékekkel ellentétben, a nyomtatottakkal személyre szabható a gyógymód, kontrollálható, szabályozható az adagolás, a szervezetbe juttatás, egy tablettába több gyógyszer integrálható.

Ha ennyire egyénre „méretezhető” a gyógyszer, akkor a lakosság egészségügyileg leginkább rászoruló rétegei, a gyerekek és az idősek kezelése is nagymértékben javítható. Gyerekekre például figyelmesebben kell tervezni, és az adagolást is úgy kell megoldani, hogy ne legyen káros hatással növekedésükre, gyorsan fejlődő szervezetükre.

Az amerikai Nemzeti Egészségügyi Intézet (NIH) hárommillió dollárral támogatja a Texasi A&M Egyetemet az egyénre szabott, 3D nyomtatással készülő gyermekgyógyszerek interdiszciplináris kutatásában.

Két aspektusra összpontosítanak: egyrészt magára a gyógyszergyártásra, a gyógyszerek szerkezeti minőségére, integritására, és mindenekelőtt, a jelenlegiekkel szembeni nagyobb hatékonyságra. Másrészt, a páciensre, hogy a 3D nyomtatás hogyan segítheti a pontos adagolást csecsemőkorú és tizenhét év közötti gyerekeknél.

Az egyetem kutatói hangsúlyozzák, hogy az additív gyógyszergyártás viszonylag új, és az additív gyártás más típusaitól, például a fém- vagy a kerámianyomtatástól jelentősen eltérő folyamat. Teljes megértése és a gyógyszeripari alkalmazás egyedi szempontjainak feltárása az előttük álló legkomolyabb kihívás.

Mind a gyerek-, mind az idősgyógyításban a rugalmasság az egyik főszempont. Könnyen belátható, hogy ipari mennyiségben előállított szabványgyógyszerekkel ez nem oldható meg, mert a páciensek egyedi súly-, magasság- és más változásai nem vehetők figyelembe a gyártásnál.

A 3D nyomtatás a rugalmasság kulcsa.

Az izraeli Ackerstein Industries a környezetbarát beton élharcosa most már 3D betonnyomtatással is foglalkozik. Terveik alapján egyedi betonkeverék és egy innovatív 3D printer felhasználásával készülő termékeket találnak ki, gyártanak és értékesítenek.

A holland betonnyomtatás-specialista CyBe a partnerük, együttműködésük részeként az Ackerstein Industries környezettudatos projektekhez, köztéri bútorokhoz és kiegészítő alkalmazásokhoz fog új megoldásokat bevezetni a piacra. A technológia sokoldalúságát akarják bizonyítani és szemléltetni, új tervezői trendeket kívánnak elindítani velük az izraeli piacon.

A betonnyomtatáshoz speciális szoftver, robotkaron lévő, precíziós vezérlésű fecskendőző rendszer és méretre szabott betonmegoldás kell. Ha mindez rendelkezésre áll, gyakorlatilag bármilyen formájú beton önthető öntőformák nélkül, jelentősen csökkentve az ipari hulladék mennyiségét.

A fejlett technológiával és saját betonkeverékkel, a termékek egy napon belül legyárthatók és az ország bármely pontjára kiszállíthatók, még a Tel-Avivtől messzi Eilatba is.

Ehud Danoch, a vállalat vezérigazgatója elmondta, örülnek, hogy az innovatív 3D betonnyomtatás területére léptek. A technológia forradalmasítja építőipari és lakberendezési termékek előállítását, és teljes összhangban van a közel százéves Ackerstein Industries környezetképével: minimális anyagból kívánnak maximális minőséget létrehozni. Nem véletlen, hogy az építőipar és a környezettervezés meghatározó globális szereplői alkalmazzák a technológiát. Használatával Izrael a betonnyomtatás élenjárói közé fog tartozni – prognosztizál Danoch.

Hatékonysága mellett, a 3D nyomtatás sokkal zöldebb, jóval kevesebb energiát és anyagforrást használ, mint a többi építőipari eljárás. Gyorsabb, fenntarthatóbb.

Az épületnyomtatás ugyan már legalább tíz esztendeje elkezdődött, de csak az utóbbi években gyorsult fel.

A 3D nyomtatás az építőiparban több szempontból hasznos: a technológiával készült épületek tűzállóbbak, gyakran használnak hozzájuk megújuló, helyi anyagokat, csökkennek a költségek, hamarabb felépülnek, mintha hagyományos eljárásokat alkalmaznának.

A Kairói Amerikai Egyetemen (AUC) additívgyártás-alapú építőrendszeren dolgoznak, a helyi anyagokat, a robotizált gyártást részesítik előnyben, mert a zéró széndioxid-kibocsátás a cél.

Észak-Afrikában elsőként, agyagtéglát fejlesztettek. A kontinensen és a Közép-Keleten az AUC additívgyártás-laborja (AMCL) mellett csak két másik labor kísérletezik agyagtéglával. Az egyetem Robotikus Gyártás Laboratóriumával (RFL) közösen dolgozták ki a fém- és agyagalapú gyártómegoldást.

A robotkarokkal megtámogatott technikával olcsóbban és energiatakarékosabban állíthatók elő komplex formák, mint a hagyományos építőipari eljárásokkal. A 3D épületnyomtatásnál használt betonkeverékek helyett a tartósabb és a hőséget a sima agyagnál jobban tűrő speciális vörös agyaggal dolgoztak.

Ez az agyag olyan ásványokat tartalmaz, mint a földpát, a kvarc és a kaolin. A keverékből a szintén saját fejlesztésű robotikus 3D nyomtatórendszerrel könnyen extrudálhatók az óhajtott formák.

Az agyaghasználat kritikus jelentőségű a csapat jövőképében és a fenntarthatóságra vonatkozó elképzeléseiben. Egyiptomban rengeteg az agyag, ősidők óta dolgoznak vele, könnyű a beszerzés.

Az AUC szerint a helyi anyagokat használó technológia pozitív hatással lesz az egyiptomi gazdaságra, és ha elterjed, csökkenni fognak az építőipari munkák költségei. Az additív gyártás szerintük egyébként inkább kiegészíti, mint helyettesíti a hagyományos gyártótechnikákat. Nagyobb tervezői szabadságot enged, pozitív hatással lesz a helyi építőiparra.

A 3D nyomtatótechnológiák egészségügyi térhódítása közismert. Az implantátumok voltak az első alkalmazások egyikei, mellrákos vagy azt legyőző betegnek viszont eddig még nem printeltek. Egy úttörő fejlesztéssel most már igen, ráadásul a 3DP nagyon fejlett változatát, a 4DP-t használták hozzá.

A mellrák a második leggyakoribb rák, főként nők betegednek meg. Az Egészségügyi Világszervezet, a WHO alapján évente mintegy 2,3 millió esetet regisztrálnak, és a betegek harminc százalékánál halálos.

A Belfasti Queen’s Egyetemen (QUB) 4D nyomtatással személyre szabott, „okos” mellbeültetéseket készítettek a rák kezeléséhez. Az implantátumokat méretük megváltoztatására, szervezeten belüli jobb alkalmazkodásra programozták, és a ráksejtek visszatérésétől védő kemoterápiás gyógyszereket is kibocsátanak, megkímélve a betegeket a fájdalmas kemoterápiás eljárásoktól. (Észak-Írországban évente kb. 1400 nőt diagnosztizálnak mellrákkal.)

Az új technológiák, mint például a 4D nyomtatás mindig új lehetőségeket kínálnak a betegség kezelésére. A technológia lényege, hogy dinamikus, például alak- és tulajdonságváltó tárgyakat állítanak elő 3D nyomtatással; az idő a negyedik dimenzió.

A változások előrejelezhetők, programozhatók, külső stimuláció, például a Ph, a hőmérséklet, a nedvesség a fény módosulása és a mágnesesség jelenléte indíthatja el a folyamatokat. Az alakváltás a legismertebb: tágulás, zsugorodás, hajlítás, csavarodás stb. Tulajdonságok közül általában a szín, a merevség és a duzzanat mértéke módosul. A változások stimulációkra reagáló, úgynevezett „okos anyagokkal” érhetők el.

A kutatócsoport a változást segítő doxorubicint tartalmazó beültetéseket printeltek. Kis méretük miatt olcsóbbak, egyszerűbb a gyártásuk, ennek köszönhetően kórházakban személyes kezelésekre készíthetők elő, és a gyógyulás esélye is nagyobb.

Az amerikai űrhadsereg (U. S. Space Force, USSF) szerződést kötött a szilícium-völgyi ipari 3D nyomtatás-specialista Orbital Composites-al, hogy geostacionárius és a Hold pályáján belüli (ciszlunáris) alkalmazásokra fejlesztenek kiváló minőségű sugárzásvédett, képalkotó kockaműholdakat (Cubesat).

A közös projekt egyértelműen jelzi, hogy az amerikai hadsereg védelmi, űrkutatási és kommunikációs szempontból is egyre fontosabbnak tartja a legmodernebb műhold-technológiákat. Az űrbeli, különösen a geostacionárius és a ciszlunáris alkalmazásoknál viszont komoly kihívást kell megoldani a kozmikus sugárzás miatt: sugárzásvédett műholdakat kell fejleszteni.

Az USSF az űrtechnológiában elért eredményeiért választotta a kaliforniai céget. Az Orbital Composites „alacsony Föld körüli pályán túli” (beyond LEIO), sugárzás ellen védett kockaműholdjai a terület gyors fejlődését, a Föld körüli pályán túlmutató műholdas lehetőségeket vetít előre.

A NASA-val és az űrsugárzással foglalkozó Cosmic Shielding vállalattal is együttműködő cég sugárzás-árnyékolt megoldásaihoz kereskedelmi forgalomban megvásárolható komponenseket használ drága sugárzásálló alkatrészek helyett. Az említett alkalmazásokban is jól működő műholdakat a jelenlegi látványos, de drága platformok költségének töredékéért le tudják gyártani.

Az Orbital Composites szabadalmaztatott AMCM (Additive Manufacturing Compression Molding, additív gyártási kompressziós fröccsöntés) gyártófolyamatával lehetséges összetett árnyékoló szerkezetek nagymennyiségű előállítása. A szerkezeteket, a környezeti sugárzást és az űrjárművek terhelését figyelembe véve, egyedire dolgozzák ki.

2024 végéig a vállalat be akarja mutatni teljesen védett, űrközegben működő kockaműhold-platformját. A végtermék árnyékoló „pajzsait” egzotikus polimerekből fogják nyomtatni, az alvázhoz AMCM-et, az elektronikához pedig boltokban megvásárolható darabokat használnak.

A mai műhold-fejlesztés az alacsony Föld körüli pályára fókuszál, az azon túlmutató megoldások azonban számos pluszelőnnyel járnak, különösen, ha olcsó a gyártás.

A 2026-ig futó, 22,5 millió fontos brit I-Break projekt az Airbus és tizenöt partner együttműködése. Iparági vezetőket, kisvállalatokat, felsőoktatási intézményeket és kutatóintézeteket egyaránt találunk közöttük. A projekt keretében masszív futóművekhez gyártanak szerkezeti elemeket.

A nagy újítás, hogy ezeket ma kovácsolással készítik, az I-Break viszont innovatív technológiákat, így értelemszerűen additív gyártást is tervez használni. A 3D nyomtatást a WAAM3D WAAM technológiája, a drótíves additív gyártás reprezentálja. A technika kifejezetten nagyméretű fémnyomatok, egyetlen darabban történő gyártására jó. Kevesebb a megkötés, jobb környezetben és munkakörülmények között dolgozhatnak vele.

A tervek szerint más csúcsmegoldásokat is használnak, például porsajtolást és kompozitokat. A légi járművek így hamarabb kerülnek majd piacra, és az újításoknak köszönhetően kb. harminc százalékkal csökken a széndioxid-lábnyom.

A nagy részében az Egyesült Királyság kormánya által finanszírozott projekt a Légtechnológia Intézet (ATI) programján keresztül valósul meg. 218 millió fontot különítettek el úttörő légjármű- és űrkutatási projektekre, új repülőgépekbe és gyártótechnológiákba fektetnek be, amellyel mintegy százezer munkahelyet is támogatnak.

Gary Elliott, az ATI vezérigazgatója elmondta, hogy a programon keresztül a légjármű-ipar fenntarthatóságát új gyártófolyamatok kidolgozásával, anyagok fejlesztésével igyekeznek jelentősen növelni. A WAAM technológiával jobban kezelhetők a mikroszerkezetek, javíthatók mechanikai tulajdonságok, a demonstrációkon pedig megfelelő méretű és komplexitású darabokkal szemléltetnek.

A projekthez különböző munkacsomagok tartoznak, például nem destruktív teszttechnikák, hardver-rendszerek tesztelése ezekkel a technikákkal.

A 3D nyomtatás már teljesen megszokott az egészségügyben, a medicina a technológia egyik legsikeresebb alkalmazási területe. Művégtagoktól kezdve a műtétek előkészítése során használt modellekig, a teljes szöveteket előkészítő bionyomtatott gélektől betegségek azonosításában segédkező eszközökig, rengeteg nyomat példázza, mennyit köszönhet a terület az additív gyártótechnológiáknak.

Az indiai hyderabadi Birla Technológiai és Tudományos Intézet (BITS) kutatói új megközelítést dolgoztak ki a cukorbetegség észrevételére és folyamatos figyelésére. A 3D nyomtatás kulcsszerepet játszott a kivitelezésben.

A printelt hordozható eszközzel elemezhető a verejtékmirigyek glükóz- és laktátkoncentrációja. A laktát a tejsav ionos formája. Izomsejtekben, vörösvértestekben, az agyban és más szövetekben termelődik, kis mennyiségben a vérben is megtalálható.

A koncentráció kimutatása verejték-elemzéssel történik. A kutatásból kiderül, hogy a verejték kulcsfontosságú anyag lesz az elemzésekben, illetve a diabétesz-1-ben és diabétesz-2-ben szenvedők glükóz-szintjének folyamatos figyelésekor.

Az eszközhöz 3D nyomtatás mellett lézertechnológiát és grafénből készült elektródákat használtak. A grafént a fejlesztés részeként, az intézetben dolgozó diákok állították elő.

Mivel az eszköz nem invazív, a glükóz-szint méréséhez nincs szükség vérmintavételre – azzal is működik, de nélküle nem jár fájdalommal. Lényege és legfőbb újdonsága, hogy a verejtékmintából kimutatható a laktátkoncentráció.

Az eszköz elektromos jelzést ad ki verejték bevezetésekor, amelyre fényt eredményező kémiai reakció indul be. A laktátkoncentráció megbecslése a fényintenzitás mérésével vált lehetővé.

A kutatók gépi tanulással megállapították a kezeléshez szükséges laktátkoncentrációt. Okostelefonhoz csatlakozó, az anyagcserében résztvevő, vagy annak során keletkező anyagok, a metabolitok adatait alkalmazáson keresztül megmutató eszközt fejlesztettek. Ennek magunkon viselhető (wearable) változata használható a folyamatos figyelésre.

Az eszköz hat-kilenc hónapon belül kerülhet kereskedelmi forgalomba, 3-400 rúpia (3,63-4,84 dollár) lesz az egységenkénti ár.     

Az egészségügy sok területén használják a 3D nyomtatást. A cukorbetegség kezelése az egyik: a technológia segít megelőzni a még nagyobb bajt, illetve hozzájárul, hogy a betegek fájdalom-mentesebben töltsék mindennapjaikat. 

A brit Staffordshire Egyetem kutatói olcsó talpbetétet nyomtattak, a cukorbetegség miatt lábfekélyre utaló jeleket észlelő, a megelőzésben segédkezni hivatott, beágyazott érzékelőkkel. A talpbetét hangolható szerkezetekkel detektálja a járás közben nyomáspontokat.

Fekélyek korai jeleit azonosítva a veszélyeztetett betegeknél, a betét érdemileg járul hozzá az amputáció elkerüléséhez. Az összekapcsolt hatszögekből álló rugalmas, TPU-alapú (termoplasztikus poliuretán elasztomer) kialakítás megvédi a cukorbeteg lábakat a nyomástól.

Az idő múlásával a mikroszerkezetek miatti károk felhalmozódnak, megkönnyítve a sérülékeny területek feltérképezését. Kétezer tesztciklust követően, a talpbetét jól működött, megőrizte tartósságát.

Az athéni Nemzeti Kapodistrian Egyetemen cukorbetegek vércukorszintjének pusztán verejték alapján, szabvány okostelefonnal történő monitorozását biztosító eszközt printeltek. Flashforge Creator Pro nyomtatót és az áramot vezető izzószálat alkalmazva, elektrokémiai gyűrűt („e-gyűrűt”) készítettek három műanyag elektródával.

Mihelyst az eszközt mini áramkörre kapcsolják, az érzékelők biomarkerek segítségével pontosan követhető a glükóz-szintet. A technológia sokkal kevésbé invazív, fájdalommentes tesztelésre nyújt lehetőséget, mint például az elterjedt hagyományos megoldás, amikor glükométer tűket használnak a vércukorszint meghatározására.

A megközelítéssel a kutatók eljutottak a verejtékalapú biomarkerekig. Azért volt lehetséges, mert a hagyományosan enzimalapú érzékelők ezen a téren erősen korlátozottak.A Samsung J5 okostelefonhoz csatlakoztatott aranyozott szenzorok „mesterséges izzadás” tesztek után is pontos értékeket mutattak.      

Az 1994-ben, Christian von Koenigsegg által alapított Koenigsegg csúcsteljesítményű sportautókat gyárt. A Volvo és a Saab után a harmadik leghíresebb svéd autógyártó.

A vállalat eddig is használta a 3D nyomtatást, az utóbbi hónapokban viszont szintet lépett, mert a kaliforniai 3DPrinterOS-szel való együttműködéssel optimalizálta 3DP munkafolyamatait, skálázhatóvá váltak a technológia adta lehetőségek. A cég printerparkja könnyebben kezelhető, a gyártás áramvonalasítható.

A 3DPrinterOS a világ legnagyobb és leggyorsabban növekvő virtuális 3DP gyárát építi folyamatosan. Felhő-infrastruktúrájukon, egy egyszerű interfészen keresztül kis-, közép- és nagyvállalatok, felsőoktatási intézmények könnyen elérhetnek elemzéseket, felhasználókat, fájlokat, gépgyártókat. Olyan cégek és egyetemek tartoznak ügyfeleik közé, mint a Ford és a Cisco – vagy most már a Koenigsegg is, illetve a Duke, a Yale, a Purdue vagy a Caltech.

Szoftverét a legjobb printerfarm-szoftvernek tartják, egyfajta 3D nyomtatási operációs rendszerként funkcionál.

A Koenigsegg azért választotta a 3DPrinterOS-t, hogy jobban áttekintse, kezelje változatos gépekből álló parkját. Az elmúlt két és fél évben tizenhétre nőtt a számuk. Tizenegy FDM/FF és több műgyanta-alapú rendszer.

A svéd vállalat szakemberei elmondták, hogy a 3DPrinterOS egyik nagy előnye a sokoldalúsága. A mérnökök ezért képesek zökkenőmentesen váltani különböző nyomtatótípusok között. A rugalmasságnak köszönhetően a Koenigsegg tervezőcsapata minden egyes speciális feladathoz kiválaszthatja a legjobb megoldást, és így a végeredmény is érthetően jobb lesz. Szerintük a 3DPrinterOS forradalmasította 3D nyomtatótevékenységüket.

Harmonikusabb a gépek együttműködése, jelentősen csökkent a korábbi manuális kezelésükkel eltöltött idő. Valósidejű monitoringgal jobban követhetők a munkafolyamatok, hamarabb megoldhatók a problémák, nagyobb az innováció, egyszerűbb a prototípuskészítés, rövidebb a fejlesztési ciklus, összességében hatékonyabb a gyártás.