FREEDEE BLOG

Az Egyesült Államok Energetikai Minisztériuma által létrehozott PPP, köz- és magánegyüttműködés, a REMADE Intézet az első amerikai szervezet, amely az ország körforgásos gazdaságra (circular economy) történő átállásának felgyorsításán dolgozik. Céljuk anyagok recikálálásának, újrahasznosításának maximalizálása.

Egyik, 1,5 millió dolláros projektjükhöz a Virginia Technológiai Intézetet (Virginia Tech) választották ki; kerékgumik az eddiginél sokkal hatékonyabb újrafutózásán dolgoznak.

A munka kulcsfontosságú lehet a kerékgumik szabályos időközönkénti újrafutózásától függő kereskedelmijármű-ipar számára. A járművek a rendszeres megújítás miatt működőképesek.

A Virginia Tech felmérése alapján csak az Egyesült Államokban évi 14,5 millió kerékgumit futóznak újra. Kevesebb a veszteség, mintha a komplett gumikat kellene kicserélni, de guminként még így is kb. négy kiló a járművek hatékony üzemanyag-használatát negatívan befolyásoló anyaghulladék.

A projekt előzetes számítások szerint jelentős mértékben hozzájárulhat az USA energiatakarékossági és károsanyag-kibocsátási törekvéseinek megvalósulásához. A kutatók 3D szkennelést és 3D nyomtatást használva terveznek új anyagokat. A printelésre programozott ipari robotok által létrehozott anyagok megfelelnek a gumiabroncs-elvárásoknak, a nyomatok a használt gumik előre meghatározott részeire kerülnek.

A kutatók érdeklődéssel várják a polimer-megmunkálás és a gyártás 3D szkenneléssel, 3D nyomtatással és ipari robotikával történő továbbfejlesztését. Elmondták, hogy ha minden a tervek szerint megy, éves szinten a gumihulladékot kb. 90 ezer kilogrammal, a széndioxid-kibocsátást pedig 800 ezer kilogrammal csökkentik.

A projektben az Arizonai Állami Egyetem és a Michelin is részt vesz. 3D nyomtatásra, gumitervezésre, teljesítményjellemzésre és az ipari fenntarthatósági célok megvalósítására alkalmas, csúcsteljesítményű elasztomer-szintézisen dolgoznak.

Elsődlegesen új gyártófolyamatot dolgoznak ki. A technikával az iparági követelményeknek megfelelve, a gumi felületére rakják le az anyagokat.

Elektronikus eszközöket, alkatrészeket hagyományosan merev fémekből, szilíciumból és kerámiákból gyártanak. Az utóbbi években, évtizedben viszont megnőtt a hajlítható, csavarható és változatos felületekhez alkalmazkodó, magunkon viselhető (wearable) technológiák iránti kereslet.

A keresletet kielégítendő, folyamatosan új gyártóeljárásokat, például a viselhető elektronika felhasználását támogató 3D nyomtatótechnikákat kell kidolgozni. A Szingapúri Nanyang Műszaki (NTU) Egyetemmel és a városállam 3D Nyomtatás Központjával együttműködő japán Panasonic ennek a célnak megfelelő, több-hullámhosszú, nagyteljesítményű lézereket tartalmazó többanyagos (multi-material) 3D printert fejlesztett. A fejlesztők elmondása alapján gépükkel gyorsan és könnyen nyomtathatók magunkon viselhető okos és rugalmas elektronikus készülékek.

A Panasonic és az NTU együttműködése 2016-ban kezdődött, a közben eltelt évek során két szabadalmat jegyeztettek be oltalomra, tizenegy konferenciát tartottak, és szintén tizenegy tanulmányt írtak közösen.

A printerrel új anyagok, például organikus polimerek vagy szénalapú matériák, mint a grafén nyomtatását igyekeznek megvalósítani. Ezekből ugyanis előállíthatók rugalmas, hajlítható, nyújtható áramkörök.

A nyomtatott rugalmas elektronika kényelmesebb és mobilabb, egyben könnyebb és kisebb kütyük felé vezet. A géppel a korábbi merev anyagokkal kivitelezhetetlen egyedi szerkezetek hozhatók létre. A fejlesztők szerint az új printer forradalmasíthatja az additív gyártást.

A különféle lézeres hullámhosszokkal az ismert szénalapú anyagokat, mint a poliimidot vagy a grafén-oxidot új típusú, nagyon porózus grafénné alakító hő- és vegyi reakciók indíthatók el. Az új grafénnel nyomtatott szerkezetek könnyűek, és vezetik az áramot. Rugalmas felületekre szintén nyomtathatók, így pedig újfajta viselhető elektronikus cuccok készíthetők belőlük.

A Panasonic – az Autonóm Gyár koncepció részeként – szingapúri kutatóközpontjában lézeralapú gyártórendszerekhez alapított üzemet, ahol további teszteket, kísérleteket végeznek az új printerrel.

Sok vállalat és más szervezet, művész küldetésként tekint műanyagok újrahasznosítására, különösen az óceánból származókkal végzett munkára. Mivel mindegyik műanyagfajta egyedi jellegzetességekkel bír, feldolgozásuk speciális kihívás. Megfelelő technikával viszont a hulladék a kívánt formává alakítható, érték teremthető belőle.

A 2005-ben alapított, Seattle-ben és Salt Lake Cityben aktív LightArt különleges lámpákat készít az óceánból származó műanyagokból. Korábbi építészeti, szobrászati és a világítás területén szerzett tapasztalataikra támaszkodva, munkáik komoly esztétikai minőséget képviselnek, ugyanakkor nagymennyiségben, de a fenntartható fejlődés elvárásainak eleget téve gyárthatók.

Az újrahasznosítás mellett a kézművesség, az egyedi anyagok, a folyamatos kísérletezés az új anyagokkal kulcsszerepet játszik tevékenységükben, és ez a szemlélet friss darabjaikon, a fenntartható világításban és az anyagtudományban egyaránt fontos előrelépésnek számító Óceántekercs Kollekción is megfigyelhető.

A lámpák teljes egészükben polipropilénből készültek. A nyersanyagot. az óceánban és a partokon talált műanyag-hulladékot komoly kutatásokat követően, feldolgozták, granulátumokká, a granulátumokat nyomtatószálakká alakították át, majd a lámpák 3D nyomtatással nyerték el végső formájukat. A kollekció arra a szomorú tényre is emlékeztet, hogy évente nyolcmillió tonna műanyag-hulladékot találnak a bolygónak ezen a területein.

FDM/FFF nyomtatótechnológiával dolgoztak, a fenntarthatóságot érvényesítő tervezési szempontokat megvalósító, lógó lámpák felülete egyenletes, matt, kicsit olyan, mint a kézműves kerámiáké.

Már az Óceántekercs Kollekciót megelőző Tekercs is pozitív fogadtatásban részesült, az OceanWorks nemzetközi szervezettel együttműködő LightArt a sikerre építve dolgozta ki a fenntarthatóságot még szignifikánsabban érvényre juttató újabb terveket – és lámpákat.

A klímaváltozás kezelése, az atmoszférába kerülő károsanyag-kibocsátás csökkentése az emberiség előtt álló egyik legnagyobb kihívás. Senki nem tudja a pontos megoldást, viszont a 3D nyomtatás fontos szerepet fog játszani benne – derül ki az Észak-karolinai Állami Egyetem tanulmányából.

A felsőoktatási intézmény kutatói bemutatták, hogyan iktatható ki nyomtatott szűrőkkel a széndioxid. Speciális hidrogélt printeltek hozzá, amely képes visszatartani, „megfogni” a karbonhidráz enzimet. Ez azért fontos, mert az enzim felgyorsítja a széndioxidot és a vizet hidrogénkarbonáttá alakító folyamatot.

Mivel a 3D nyomtatáson alapuló gyártással minden gyorsabb és pontosabb, megfelelő nyersanyagokból elkészíthető ez az anyag. A hidrogél mechanikailag elég erős a printeléshez, és folyamatos nyomtatószállá alakítható.

Az extrudálás és a fotopolimerizáció keverékének tűnő, az anyag-kilövelléshez (material jetting) hasonló eljárást dolgoztak ki. Kéz különféle szerves vegyületből és karbonhidrázból nyomtatótintát készítettek. Ezt követően kétdimenziós rácsra nyomtatták a hidrogél fonalszerű szálait, míg az oldatot ultraibolya fénnyel szilárdították meg. Így érték el, hogy a hidrogél elég erős legyen a nyomtatáshoz.

Kisebb kísérlet során egy gázkeverékben lévő széndioxid huszonnégy százalékát szűrték ki. Elmondták, hogy a korábbi teszteken jobb eredményt értek el, a gyengébb teljesítményt a szűrő kis méretével magyaráztak: a kísérlethez használt változat átmérője a három centimétert sem érte el.

Szerencsére a szűrők nagyobbá alakíthatók, méretük és formájuk változtatható. A szűrés hatékonyságát növelendő, akár oszloppá is rendezhetők. A szűrés tartósságát tesztelve, kiderült, hogy a nyomat ezer óra elteltével is megtartotta szénmegkötő kapacitása ötvenkét százalékát.

A kutatók hangsúlyozzák: munkájuk elején tartanak, annyi viszont már bebizonyosodott, hogy a széndioxidot megkötő eszközökhöz újféleképpen is kidolgozhatók anyagok.

Az additív gyártással és digitális raktározással foglalkozó Immensa tizenötmillió amerikai dollár értékű 3D nyomtatógyárat épített a szaúdi Dammamban – ahol a vállalat egyik irodája található. (A másik kettő Dubaiban és Kuvaitvárosban van.)

A létesítménnyel a 3DP üzleti használatát igyekeznek felgyorsítani a királyságban. Az ország mostanában komoly összegeket fektet a technológiai fejlődésbe, és más közép-keleti olajmonarchiákhoz, például Dubaihoz hasonlóan a gyorsan fejlődő 3D nyomtatás az egyik zászlóshajó. (Cseppet sem meglepő módon, a mesterséges intelligencia a másik.)

A Vision 2030 stratégiához kapcsolódó gyáralapítás tökéletesen illeszkedik Szaúd-Arábia gazdaságának diverzifikálását, globális gyártócsomóponttá válását célzó elképzeléseibe. Kiemelik az ország kedvező földrajzi fekvését, a nyersanyagok sokaságát, különféle fontos piacok elérhetőségét.    

Az 1500 négyzetméter alapterületen épült gyárban olyan iparágak, mint például az energetika, az olaj- és gázszektor, a petrokémia számára printelnek kívánság szerinti (on demand) csúcskategóriás darabokat. A nyitóünnepséget Szaúd-Arábia ipar és bányászati miniszterhelyettese vezényelte le.

A gyárral olyan céloknak igyekeznek eleget tenni, mint a helyi termelés felpörgetése, az ipari ökoszisztéma megerősítése, a versenyképesség növelése, fenntartható munkakörök teremtése, szaúdi tehetségek, mérnökök felkarolása – hangsúlyozza Ali Abdulaziz Al-Turki, az Immensa elnöke. Gyártótevékenységüket a királyság mellett a tágabb régióra (Kuvait, Katar, Bahrain stb.) is igyekeznek kiterjeszteni. A General Electric 3D nyomtatóit, köztük a régió legnagyobb lézeres fémolvasztó gépét használják.

A kormány kedvező szabályozási környezet kialakításával, robusztus infrastruktúra-tervekkel és az oktatás minőségének javításával, patrónusként, befektetőként viszonyul a gyártóiparhoz.

Az indiai Kelvin6k vállalat komoly változásokat indíthat el az építőiparban. Gépük, a robotizált Made in India 3D nyomtató ára ugyanis a nagy nyugati versenytársak árának a töredéke. Eddigi csúcsteljesítményük a szubkontinens első helyszínen printelt épülete, egy közel harminc négyzetméteres, tíz nap alatt, saját szabadalmaztatott technológiával kivitelezett irodahelység.

Magát a gépet, lényegében egy nyomtatórobotot szintén rekordidő, négy hónap alatt fejlesztették. A célnak megfelelően alakították ki, technológiailag fejlett szerkezet; robusztus, de egyszerű.

Az árral elsősorban a helyi piacot célozták meg, ahol az additív gyártóipari gyakorlat öregebb nyugati 3D printerek használata. Most viszont, a helyi piac mellett, a világpiacon is megjelenik egy versenyképes – és nagyon olcsó – indiai épületnyomtató. Ráadásul a Kelvin6k nem az egyetlen különleges megoldást kínáló indiai 3DP vállalat, a területen egyre több helyi startup tűnik fel, virágzik az ökoszisztémájuk.

A printer máris felkeltette a nemzetközi érdeklődést, olyan országokból, mint például az Egyesült Arab Emírségek (Dubai), az Egyesült Államok és Kanada számíthatnak vásárlókra. A helyszíni kivitelezhetőség szintén komoly reklám a cégnek.

A vállalat céljai nagyon ambiciózusak. Két-három éven belül a globális 3D épületnyomtatás vezetőjévé szeretnének válni. Az alacsony árfekvésű és jó minőségű technológiában látják a megoldást.

Az alapozás, a vakolás, a festés, azaz a munkafolyamatok automatizálására szintén komoly hangsúlyt fektetnek. Automatizálással felgyorsul az építkezés, amellyel nagy segítséget nyújthatnak az indiai társadalomnak, enyhíthetnek az évek óta húzódó, egyre súlyosabb lakhatási válságon.

A Kelvin6k a 3D nyomtatás, azon belül is a betonnyomtatás oktatásával, a technológiával kapcsolatos felvilágosító tevékenységgel szintén foglalkozik. Igyekeznek minél szélesebb rétegekkel megértetni, hogy a hosszú hónapokig eltartó házépítés additív gyártótechnológiával hetekre, sőt, akár napokra csökkenthető.

Az amerikai tengerészgyalogság 2,5 millió dolláros szerződést kötött a 3D nyomtatószoftver-fejlesztő 3YOURMIND-dal és a Phillips Federal Division-nel, az amerikai szövetségi kormány vezető gyártópartnerével.

A szerződés egy éve érvényben lévő partnerség folytatása, amellyel a 3YOURMIND nyomatazonosító szoftverét teljesen integrálják a tengerészgyalogság additív gyártótevékenységébe, a rendszerparancsnokság digitális gyártásának adattárolójába (DMDV). Az eredeti megoldás értelmében a két vállalat szoftveres és hardveres technikai ismereteire támaszkodva, elosztott gyártáshoz dolgoz ki optimalizált digitális termelési munkamenetet.

A DMDV a tengerészgyalogság digitális adattára alkatrészek 3D nyomtatással történő gyártásához, nyomatok tervezéséhez. A szervezeten belüli additív gyártás kritikus eleme, a szoftver integrálásával pedig jelentősen növelhető alkatrészek helyszíni, például csatatéri használata. Az innováció mellett hétköznapibb alkalmazásokkal, meghibásodott komponensek lecserélésével is foglakoznak – hangsúlyozza a haditengerészet.

Az együttműködéssel az USA Védelmi Minisztériuma javítja az ellátási láncot, elosztott gyártóhálózatokat dolgoz ki, valamint 3DP megoldásokkal korszerűsíti hagyományosabb felszereléseit.

Az első évben a szoftverrel több mint tízezer nyomatot hitelesítettek, illetve bebizonyosodott, hogy a DMDV által használt más szoftverrendszerekkel is összekapcsolható. A komponensek nyomtathatóságát elbíráló speciális algoritmust fejlesztettek hozzá. Elsőbbségi és nyomtathatósági szempontok alapján többtízezer komponenst vizsgáltak, amelyekből legalább ötvenről derült ki, hogy a szoftverhasználattal darabonként ezer nap átfutási idő spórolható meg.

A szerződés második évében ezekre az eredményekre kívánnak építeni, a szoftverrendszert harmadik féltől származó szabadalmaztatott megoldásokkal bővítik tovább. Beépített 2D rajzelemzési képességét továbberősítik, hogy gyorsan és tömegesen elemezhessen műszaki adatcsomagokat additív gyártási felhasználói esetekhez.

3D tárgyak csomagolása sok iparágban, köztük a szállításban és a gyártásban az egyik leggyakoribb, számítástudományi szempontból viszont több problémát felvető feladat. Olyannyira az, hogy még megközelítő pontosságú megoldások kidolgozása is komoly kihívást jelent.

A látszatra egyszerű csomagolás a tetszőleges mértani szerkezetű 3D tárgyak közötti „interakciók” és a hatalmas kombinatorikus keresési tér miatt komplex informatikai feladat. Az elmélet mellett gyakorlati szempontokra szintén kell ügyelni, mert a csomagolást elsősorban úgy kell megoldani, hogy valóvilág-alkalmazásokban is működjön, hogy az egymás melletti objektumok ne álljanak össze, reteszelés-mentesek legyenek.

A Massachusetts Institute of Technology (MIT) és az ipari 3D nyomtatással foglalkozó, szintén massachusettsi Inkbit szakemberei additívgyártás-felhasználók csomagolási technikáját forradalmasító, a sorozatgyártástól a szállításig alkalmazható számítási módszert dolgoztak ki.

Az új módszerrel a tárgyak legsűrűbb becsomagolásával, a különféle méretű, formájú részek egymásba záródásának elkerülésével, valamint a méretezhetőséggel maximalizálható a teljesítmény. Az eljárás neve spektrális csomagolás.

Olyan, mintha 3D-ben játszanánk a klasszikus Tetrist. Képzeljük el, hogy a dobozt és a játékokat LEGO-szerű apró blokkokká, voxelekké tördeljük. Az algoritmus ellenőrzi, hogy a játékok egymás átfedése nélkül illeszkednek-e, igyekszik hatékonyan kihasználni a teret. Matematikai ikont használva, hihetetlen gyorsan elvégzi a számításokat. A tárgyak ötletesen, rövid idő alatt kerülnek dobozba.

Az algoritmus hatékonyságát bemutatón szemléltették. Negyven másodperc alatt 670 tárggyal boldogult, és a hagyományos eljárásoknál sokkal jobb teljesítményt, 36 százalékos csomagolási sűrűséget ért el.

Nagyon komoly potenciál rejlik benne, elsőszámú alkalmazási területe a 3D nyomtatás, valamint a szállítás lehet, de raktározó cégeknek szintén nagy segítséget jelenthet. Sűrűbb csomagolással csökken a nyomatok előállítási költsége.

Amerikai kutatók kerámiából nyomtattak a magas hőmérséklettel szemben a hagyományos fémeknél ellenállóbb turbina-alkatrészt. Ezt az alkatrész összetett belső hűtőrendszere biztosítja, amellyel hatékonyabbá teszi az üzemanyag-felhasználást.

A fejlesztést vezető Penn Állami Egyetem szakemberei elmondták, hogy repülőgép-motorok 3000 Fahrenheit-foknál (1648,88 Celsius-foknál) magasabb hőmérsékletet is elérnek, és minél melegebbek, annál „üzemanyag-hatékonyabbak.” Turbinák hatékonyságát viszont korlátozzák a fémalkatrészek, mert bizonyos hőmérséklet felett deformálódhatnak.

Sok laborban tanulmányozzák kerámiák gázturbinákhoz való használatát, gyártási nehézségek miatt viszont kevesen álltak elő kezelhető formájú alkatrészekkel. Jelen projekt azért különleges, mert a résztvevők által kidolgozott folyamattal könnyen és olcsón készíthetők komplex formájú részek.

A tervrajzot optimalizálták, és új technológiát találtak ki hőállóbb szárnyszelvények printelésére. Polimeren alapuló kerámiákat használtak hozzá.

A munkában a Coloradói Bányásziskola és a Wyoming Egyetem is részt vett, kerámiaszálakat ágyaztak nyomtatott kerámiákba.

A 3D nyomtatás és a polimeralapú kerámiák együttes alkalmazásával pont a szükséges formákat hozták létre ahhoz, hogy ellenálljanak a magas hőmérsékletnek, és jól is teljesítsenek gázturbinákban.

Az alkatrészeket a Penn Állami Egyetem egyik speciális létesítményében tesztelték, és elégedettek az eredményekkel.

Kiderült, hogy az optimalizált tervrajzzal, megfelelő kialakítással, a nyomtatott kerámiás szárnyszelvény legalább olyan jól teljesít, mint a fémkomponensek. Bizakodnak, hogy elkezdődik a fémalkatrészekhez hasonlóan teljesítő, a magas hőmérsékletet viszont jobban tűrő darabok gyártása gázturbinákban történő hasznosításra.

Újabb és újabb épületek jelzik a technológia térhódítását, például iskolát, szentélyt és hidakat is nyomtattak már, vagy előrehaladott állapotban járnak velük, és közben folyamatosan dőlnek meg a rekordok. Az 3DP építőipari mainstreammé ugyan még nem vált, nem is lehet előrelátni, mikor lesz az, a sokasodó és szinte az egész világot lefedő projektek viszont mindenképpen bizakodásra adnak okot.

A floridai Printed Farms és a nagyméretű épületnyomtatásban világelső, dániai székhelyű COBOD a napokban jelentette be, hogy elkészültek a földkerekség legnagyobb, 940 négyzetméter alapterületű épületével. A Wellington nevű településen (természetesen nem azonos Új-Zéland fővárosával) álló szerkezet több mint kétszer akkora, mint az eddigi csúcstartó. Cseppet sem meglepő, hogy a COBOD BOD2 rendszerével kivitelezték, mint ahogy az sem, hogy a munka során a helyi specifikumokat is figyelembe vették: az épület elvileg vihar-biztos, és a hőségnek is ellenáll.

A Printed Farms fontos szereplője Florida épületnyomtatásának. A szövetségi állam fővárosában, Tallahassee-ben, 2021-ben ők jegyezték az első nyomtatott házat, a dán céget pedig nem kell bemutatni. Annyi elég róluk, hogy a világ legmagasabb, 9,9 méter magas épülete szintén az ő munkájuk, Szaúd-Arábiában áll, és az USA első kétemeletes nyomtatott épületét is a BOD-2-vel készítették el, Texasban. 

A legmagasabb mellett most már a legnagyobb is COBOD gép munkája. Tényleg kevesen tettek annyit az épületnyomtatás népszerűsítéséért, mint ők.

A floridai épület luxus lóistálló, a csúcsot 47 méteres hosszúsága miatt döntötte meg. Szélessége 25, magassága négy méter, ami nem túl sok, a teljes alapterület mellett viszont szinte minden más printelt épület, ház eltörpül. Természetesen olyan „monumentális” printer is kellett hozzá, mint a BOD2.

Az extrém időjárási viszonyokra nagyon odafigyeltek, hogy a pajtát és lakóit, se hurrikán, se más trópusi vihar ne rongálja, pusztítsa. Florida az Egyesült Államok hurrikánoktól leginkább veszélyeztetett állama, 1851 óta 125, köztük negyven súlyos söpört végig a napsütötte tájon. Építkezés közben speciális megoldással orvosolták a problémát. A hőség ellen pedig úgy nyomtatták a falakat, hogy a természetes szellőzést biztosító üreget és légrést képezzenek.

Az éghajlati szélsőségek elleni védekezésben fontos tényező a 3D nyomtatás a hagyományos technológiáknál nagyobb tervezői szabadsága.