FREEDEE BLOG

A hagyományos kontaktlencsékhez hasonlóan, az intelligens kontaktlencsék is a szemre helyezhetők, ezt követően viszont már más történik: viselőjüket információkkal látják el. A technológia jelenleg a kutatási fázisnál tart, főként a medicinában kísérleteznek vele, ahol például betegségek diagnosztizálására használják.

Több vállalat, köztük a Google is, fejlesztett már kontaktlencsét a kiterjesztett valóságra (augmented reality, AR), de kereskedelmi forgalmazásuk előtt technikai problémákat kell még megoldaniuk.

A dél-koreai Nemzeti Tudományos és Technológiai Intézet (UNIST) és a Koreai Elektrotechnológiai Kutatóintézet (KERI) Intelligens 3D Nyomtatás Kutatócsoport szakemberei az eddigieknél messzebbre jutva, 3D nyomtatással készítenek kontaktlencséket a kiterjesztett valóságra.

Mikromintázatokat printelnek a lencse kijelzőjére. A meniszkusz jelenséget használják hozzá, amely akkor tapasztalható, ha egy folyadékot kémcsőbe töltünk, majd vizsgáljuk a felszínét. Nem lesz vízszintes, hanem vagy konkáv, vagy konvex formában görbül, ezt hívják meniszkusznak (a szó görög eredetije félholdat jelent). A hajlatokat a felületi feszültség okozza, jelen esetben pedig a nyomtatótinta a folyadék.

Az AR kontaktlencse gyártásához, az elektrokróm monitorokat alacsony áramerősséggel látják el. A lencsék színe a kék egyik árnyalata („tiszta porosz kék”). Az anyag egyrészt a gyors színkontrasztot és színváltozást biztosítja, másrészt olcsóbb.

A kék kristályosodását a mikrofúvóka és az oldószer közötti párolgás eredményezi. Mihelyst a vas-hidrocianidból álló tinta érintkezésbe kerül az anyaggal, meniszkusz alakul ki az utóbbin. Amikor a víz elpárolog a meniszkuszból, prekurzor ionok és vízmolekulák vándorolnak a felszínére. Ezt követően, a prekurzor ionok felhalmozódnak a meniszkusz külső részén, ami az élek fokozott kristályosodását eredményezi. A folyamat különösen a vas-hidrocianid nyomtatás közbeni kristályosodásának szabályozásához fontos, hogy az anyagra egyenletesen printelhessük a mintát. A mikromintázatok egyébként nemcsak egyenes, hanem görbe felületekre is nyomtathatók.

Az új technológia elemeknél, bioérzékelőknél és a mesterségesintelligencia-ágazatban is fontos lehet.

A Research and Markets tanulmánya alapján a bionyomtatás piaca 2030-ra eléri az 5,3 billió dollárt. Az innovatív megoldásokat igénylő krónikus betegségek világszerte tapasztalható szaporodása a növekedés egyik – negatív – oka. Csak az Egyesült Államokban közel 106 ezer személy szerepel a tízpercenként újabb személlyel bővülő nemzeti átültetés-listán.

A számokból kiderül: a kereslet meghaladja a kínálatot, így pedig sürgősen új alkalmazásokra van szükség. A bionyomtatás részben érdekes irányba mozdulhat el: a 3DP-t összekombinálható a hanggal.

Több német kutatási és akadémiai intézmény, köztük a Max Planck Intézet különleges projekten dolgozik. új technológiájuk lényege, 3D anyagok hanggal is létrehozhatók. Több akusztikus hologrammal három dimenzióban modelleznek objektumokat.

Ultrahanggal kezdték, az érdekelte őket, hogyan lehet akusztikus hologramokkal létrehozni. Korábban kiderült, hogy hang útján előállíthatók 2D-s alakzatok. A kutatók ebből kiindulva, speciális technológiát dolgoztak ki. Hanghullámok az anyagra történő erőkifejtéssel formálják meg a tárgyat.

Az emberi fül számára hallhatatlan, magas frekvenciájú ultrahanggal dolgoztak. A létrehozott hullámok szélessége kevesebb egy milliméternél, így a technikával sok különböző anyag, köztük biológiai sejtek és üvegek is megdolgozhatók.

Egyetlen felvétel alatt mikrorészecskéket 3D tárggyá szereltek össze. Az eredmény nagyon hasznos lehet a bionyomtatás számára. A folyamat során a használt sejtek remekül érzékelték a környezetet.

A kutatók szerint tanulmányuk fontos lépés a biogyógyászatban. A sejteken gondosan lehet ultrahanggal dolgozni – részletesen és alaposan is, semmiben nem okozva kárt.

A görög dys (nehéz) és phagein (enni) szavakból képzett diszfágia a nehéz nyelés, számos kórkép tünete lehet. Az Egyesült Államokban minden huszonötödik, Európában harmincmillió felnőtt szenved tőle. Esetükben a testnek hosszabb ideig tart és nagyobb megerőltetéssel jár az élelem szájból gyomorba juttatása.

A diszfágia lényegesen nagyobb mértékben sújtja az idősebbeket, minden negyedik hetven év feletti érintett. A nyelési probléma neurodegeneratív betegségben, mint az Alzheimer- és a Parkinson-kórban szenvedőket sem kíméli, gyógyszereik lenyelése sokszor komoly problémákat okoz nekik.

Egy valenciai kutatóközpont által vezetett projekt (Deglumed) keretében, a személyre szabott gyógyászat jegyében, változatos technológiákat, köztük 3D nyomtatást is használva, minden egyes beteg egyedi igényeinek megfelelő gyógyszereket igyekeznek fejleszteni. Úgy dolgozzák ki őket, hogy megoldják velük a nyelési nehézségeket.

Rengeteg gyógyszer csak kemény tabletta formában létezik, lenyelésük több betegnek okoz komoly gondokat. Az ízük szintén fontos tényező, minél ízetlenebbek, diszfágiásoknak annál nehezebb lenyelni őket, sokszor hánynak is tőlük.

A Deglumed csapata könnyen lenyelhető, emészthető gyógyszerekben és egészség-kiegészítőkben gondolkozik. Előállításukhoz több technikát használnak. A gyógyszeriparban gyógyszermolekulák bioaktív polimerekkel történő összekeverésére alkalmazott, úgynevezett forróolvasztásos extrudálással kezdik, Ennek az eljárásnak köszönhetően szájban elolvadó összetett készítmények hozhatók létre.

A technikával később FDM módszerrel feldolgozható nyomtatószálat (filament) is kialakítanak, de megfelelő rendszerekkel labdacs, gömbalakú formák szintén printelhetők ilyen céllal.

A projektjük sikerében bizakodó fejlesztők nagyon pozitívan nyilatkoznak a 3D nyomtatásról: energiatakarékos, személyre szabható, komplex szerkezetek előállítására alkalmas, sokoldalú megoldás, amellyel kisszériában elfogadható áron, időt spórolva készíthetők termékek.

A csokoládéfogyasztás évről évre nő, az Expert Market Research beszámolója alapján 2022-ben 127,7 milliárd dolláros üzlet volt, 2028-ra pedig meghaladhatja az évi 165 milliárdot. De legyen szó barnáról, feketéről, vagy fehérről, ét- vagy tejcsokiról, egyik sem igazán egészséges, mert magas vérnyomást és vérzsír-szintet, cukor-, szív- és érrendszeri betegségeket okozhatnak. 

Qingdrong Huang, az amerikai Rutgers Egyetem kutatója a témát tanulmányozva, rájött, hogy 3D nyomtatással alacsony zsírtartalmú csokoládé készíthető. Az egészségügyi előnyöket figyelembe vevő, funkcionális élelmiszerekben gondolkozik, meg akarja óvni a fogyasztók szervezetét a nagymértékű cukor- és zsírevéstől.

Elképzelései egészségesebb csokoládéváltozatokkal valósíthatók meg, Huang és munkatársai 3D nyomtatással el is készítették a csokikat.

Hagyományosan kakaóvajat, kakaóport, cukrot és egy sor más összetevőt használnak hozzájuk. Az alacsony zsírtartalom, az összetevők teszteléséhez, változatos arányú keverékeikre volt szükség. Így találták meg a szilárd és folyékony optimális, 3D nyomtatható – extrudálható – arányát.

Emulzió, két különböző, általában nem keveredő folyadék, például olaj és ecet összekeverése, egyik legismertebb példája a majonéz. A kutatók vizet és kakaóvajat egy, az élelmiszeriparban gyakran használt akáckivonat segítségével kevertek egybe. Ezt az emulziót hozzáadták a többi összetevőhöz, miközben az ízen javító aranyszirupot (keményítőmelasz-szirupot) is használtak.

A csokit élelmiszer-nyomtatóval printelték, majd további tesztek következtek. Szerkezetét, fizikai tulajdonságait, optimális viszkozitását vizsgálták, aztán jöttek az újabb nyomatok. A textúra és a simaság majdnem ugyanolyanra sikerült, mint az „igazi” csokiknál.

Rengeteget kísérleteztek hozzá, az összetevők számos kombinációját vizsgálták, míg eljutottak a helyes arányokig. Huang elmondta: ennek a csokinak nemcsak a zsírtartalma alacsony, hanem nyomtatható is. A fogyasztók egyedi ízpreferenciáit szintén figyelembe vehetik, miközben a nyomat tápértéke kiváló.

A szívbetegségek világszerte a halálozások legfőbb okai közé tartoznak. Az amerikai Healthline adatai alapján az országban minden évben közel 650 ezren hunynak el szívproblémák miatt, minden negyedik elhalálozás ezért történik. Az USA-ban ez az elsőszámú halálozási ok.

A számok sajnos emelkednek, például a pandémia alatt a szívrohamok száma az összes korcsoportban magasabb volt, mint előtte. Mindezeket figyelembe véve, a szívbetegségek kezelése a medicina egyik prioritása. A szakterületen mindig az első között használták a csúcstechnológiákat, és ezúttal sincs másként. Így a 3D nyomtatás kulcsszerepet játszik minden egyes beteg személyes gyógymódjának kidolgozásában.

A Massachusetts Technológiai Intézet, a méltán világhírű MIT kutatói a beteg szívének tökéletes utánzataként is funkcionáló szívet nyomtattak. A mesterséges szerv pumpáló mechanizmusai is szinte ugyanazok, mint a természetesé, amellyel még hatékonyabb lehet a kezelés.

A munkában egy Massachusetts állambeli általános kórház, a Harvard Egyetem és egy clevelandi klinika is részt vett. A műszív ugyanolyan puha és rugalmas, mint az eredeti. Különféle betegségek kezelése mellett, a korábbinál jobb, az adott szervezetben jobban illő, az aorta szintetikus billentyűihez alkalmazkodó implantátumok kiválasztásában szintén fontos lehet.

Polimeralapú tintát használtak hozzá, mert az anyag megkeményedés után képes összenyomódni, megnyúlni, utánozható vele a valódi szívdobogás. Páciensekről készült, majd 3D modellé alakított orvosi szkenekből indultak ki, aztán kinyomtatták a modellt. A szívkamra és az erek anatómiailag pontos vázát és a pumpáló mechanizmust, a levegőáramlást egyaránt sikerült lemásolniuk, azaz nemcsak a szerv anatómiáját printelték ki, hanem a működési mechanizmusait és a fiziológiáját is szimulálták.

A pácienseknél mért szívpumpa-nyomás és a levegőáramlat pontos másolásának eredményeként valósítható meg a betegenkénti személyre szabott gyógymód, állapítható meg az ideális méretű beültetés. A kutatók elmondták, hogy az új műszív egyedi, orvosilag pluszkihívást jelentő „szívgeometriák” esetében különösen hasznos lehet.                

A rotterdami Studio RAP építészvállalat, a tervek elkészültét követően, Amszterdam történelmi belvárosának egyik legfényűzőbb bevásárlóutcájában, a P. C. Hooftstraaton elkezdte kidolgozni egy különleges üzlet nem kevésbé különleges és figyelemfelkeltő, de a környezetbe tökéletesen illő homlokzatát. A stúdió különlegessége, hogy a számítógépes tervezést innovatív digitálisgyártás-technikákkal, például 3D nyomtatással kombinálja össze.

Az ajtó- és ablaküvegek, a nyomtatott kerámiacsempék különleges összhatást érnek el. A homlokzat hamarosan elkészül, és a kerámianyomtatás, az algoritmikus tervezés mellett a kézműves üvegezést, és persze mindezek eredeti fúzióját is megcsodálhatjuk benne.

A RAP igyekszik kiaknázni a kerámiák és a díszítőelemek építészeti lehetőségeit. Az algoritmikusan kivitelezett díszek a ruhakötés klasszikus mesterségére utalnak. A 4,5 méter magas lábazat három oszlopból és egy, a klasszikus oszloprendszereknél fontos szerepet játszó architrávból áll. („Az architráv a görög templomok homlokzati alakításánál kialakult oszlopos és gerendázatos rendszer kiváltó eleme. Ezen nyugszik a födémszerkezet és a tetőgerendázat, az architráv az oszlopoknak adja át ezek terhelését.” – Wikipédia)

A hátratolt kirakat mélységet ad a térnek, a 40x20 centis kerámialapok gyöngyház-fehérek, sárga árnyalattal. A díszített lapok alul simák, feljebb egyre expresszívebbek. A felső szintek homlokzatát téglákból nyomtatták, a tervezők eljátszottal a vörös árnyalataival. A téglákat lézerrel vágott rozsdamentes acélkazettákba ragasztják.

A saját fejlesztésű digitális tervezőalgoritmussal az RAP a történelmi Amszterdam üveges kerámiáinak a dekorativitását és „szótárát” értelmezték újra. Az eredeti homlokzat sziluettjét utánozva, sikerült megőrizni az épület hangulatát, minden harmonizál a közeli épületekkel.

A tervezéssel arra is törekedtek, hogy a digitális kézművesség mai kifejezőeszközeivel egyedi módon értelmezzék újra a történelmi házat, és másokat is hasonlókra inspiráljanak.

Az amerikai Sandia Nemzeti Laboratórium vezetésével több tudományos, akadémiai intézet kutatói erőművek kevesebb károsanyag-kibocsátás melletti több energia generálását potenciálisan segítő különleges szuperötvözetet állítottak elő 3D nyomtatással.

A fémekből álló szuperötvözet szokatlan összetétele – 42 százalék alumínium, 25 titán, 13 nióbium, 8-8 cirkónium és molibdén, 4 titán – miatt erősebb és könnyebb, mint a gázturbinákban használt legújabb csúcsanyagok. A kutatók jelenleg az anyag optimalizálásával foglalkoznak.  

Elmondták, hogy a nagyon magas hőmérsékletet, 800 Celsius-fokot is tűrő anyag részben a 3D nyomtatás miatt tudták kivitelezni. Erőművek mellett a légi- és a gépjármű-iparban szintén alkalmazhatják, illetve megnyitja a hasonló ötvözetek fejlesztése előtti utat.

Az USA elektromosságának kb. nyolcvan százalékát fosszilis üzemanyagokból és atomerőművekben állítják elő. Mindkét típusnál hő kell az elektromos áramot termelő turbinák forgatásához, az erőművek hatékonyságát pedig korlátozzák a turbinák forró fémalkatrészei. Ha viszont magasabb hőmérsékleten is működnek, akkor több energiát alakítanak át elektromossággá, miközben csökken az energiaveszteség, kevesebb hő kerül a környezetbe. A gazdaságos energia és a természet számára is win-win szituáció – magyarázzák a kutatók.

A fejlesztés bizonyítja, hogy 3D nyomtatással mennyire gyorsan és hatékonyan állíthatók elő új anyagok. A porformában lévő anyagokat gyorsan összeolvasztották, majd azonnal mintát printeltek.

Az új anyag az ötvözetfejlesztés fordulatát hozhatja el, mégpedig azért, mert egyetlen összetevője sem éri el az ötven százalékot. Összehasonlításként: az acélban 98 százalék a vastartalom, a többi szén és más anyagok, de már ennyi is elég volt a világ megváltoztatásához. Később sok esetben két vagy három elem összekeverésével próbáltak használható ötvözeteket kidolgozni.

A Sandia kutatásában viszont más ötnél több van. Számítógépes modellezéssel kidolgozható, milyen anyagkombinációk, hány és milyen anyag alkalmas még szuperötvözetek előállítására.

Döbbenetesen komplex keverékekről van szó. Összes anyaguk atomi szinten áll interakciókban egymással, és ezek az interakciók határozzák meg az ötvözet szilárdságát, tartósságát, hol lehetnek mikroszkopikus léptékű repedések stb. És mindez előrejelezhető.

Nagyobb mennyiségben egyelőre problémás az előállítás. A méretezés bonyolultsága mellett az összetevők magas ára is hátráltató tényező, így pedig borítékolható, hogy egy ilyen szuperötvözetből belátható ideig nem lesz fogyasztási cikk, az alkalmazások ipari területekre korlátozódnak.

A világ teherautó-forgalma napról napra nő, a járművek irdatlan távolságokat tesznek meg, alkatrészeik törvényszerűen kopnak, meghibásodnak, pótlásra van szükségük, ami nem mindig egyértelmű. A csere-alkatrész beszerzése sajnos sokáig eltarthat – esetleg nincs raktáron, hagyományos technikával hosszú ideig elhúzódhat a gyártás, és a minőség sem mindig jó.

A szállítás pont ezek az okok miatt ma már elképzelhetetlen 3D nyomtatás nélkül.

Az 1927-ben, Baden-Württemberg szövetségi tartományban alapított, német Stegmaier Csoport teherautók, kamionok gyártásával, szolgáltatásával foglalkozik. Szembesülve az említett problémákkal, elkezdték tanulmányozni a 3DP-t, és hamar rájöttek a technológiában rejlő potenciálra, hogy csere-alkatrészek additív gyártással történő előállítása a megoldás.

Evidencia, hogy minél rövidebb idő alatt, minél nagyobb távot tesz meg egy jármű, annál hamarabb jönnek a hibák. Az olajbetöltő szerkezet kupakjának a törése az egyik legáltalánosabb. A teherautó sok motorolajt veszít miatta, ami akadályozza a további útját.

A Stegmaier Csoport korábban csak a törött alkatrész újrarendelésével, és miután a rendelés megérkezett, helyettesítésével tudta megoldani a problémát. Mivel ez napokig, hetekig eltarthatott, és a minőség sem volt garantált, újragondolták a teendőket, és egyik leányvállalatuk beszerzett egy a célra rendszeresített 3D nyomtatót.

Prototípusokat, kisszériás végtermékeket és szerszámokat készítenek vele. A csere-alkatrészeket nagyon hamar kinyomtatják, és külön előny, hogy fémrészek például PA-6 polimerből készült printekkel helyettesíthetők. Ezek a műanyagok ugyan hőre lágyulnak, viszont lassan kopnak és strapabírók, tartósak. Ráadásul, ha egy alkatrész eltörik, hipp-hopp printelhető a cseredarab. Az eredeti gyártó alkatrészének modelljét adatbázisból töltik le, és közvetlenül ki is nyomtatják.

A 3DP komoly előnye még a raktározás leegyszerűsítése, minimalizálása. Nem kell tárolniuk nagyon ritkán, mondjuk, évente csak egyszer-kétszer szükséges alkatrészeket, mert ha pont kellenek, gyorsan kész a nyomat. Az ilyen alkatrészek ráadásul csak nagymennyiségben szerezhetik be, aztán évtizedekig porosodnak, elavulnak a raktárban.

Mindezzel a károsanyag-kibocsátás és a költségek is csökkennek.

Megrongálódott, rossz állapotban lévő történelmi emlékművek, UNESCO Világörökség Helyszínek helyreállításához több alkalommal alkalmaztak már 3D nyomtatótechnológiákat.

A néhány éve indult Scan The World kezdeményezés célja felbecsülhetetlen értékek leszkennelése, megőrzésük biztosítása, és hogy minél többen láthassák ezeket a műemlékeket. A szervezet például tavaly októberben a Húsvét-szigeti tűzvészben megrongálódott titokzatos szobrokról, a moaikról készített szkeneket.

Régi tárgyak sajnos balesetek és vandalizmus nélkül is károsodnak, romlik az állaguk. Nem véletlen, hogy ősi könyveket, kéziratokat kutatók is csak kesztyűben foghatnak meg. Emlékművek esetében is, ahány érintés, annyival romlik az állaguk.

Szerencsére 3D nyomtatással ma már ez elkerülhető, de legalábbis lassíthatók folyamatok.

A kínai Jünkang-barlangok (korábban Vucsousun-barlangok) az ország északkeleti részén található ősi buddhista barlangtemplomok. Az V-VI. században épültek, 2001 óta UNESCO Világörökség helyszín, a 252 barlangban kb. 51 Buddha-szobor látható, a dél- és közép-ázsiai buddhista szimbolika és a kínai kultúra hagyományainak ötvözetei mintegy 18 ezer négyzetméter alapterületen.

Az egyik barlang újraalkotása eredeti méretben történt, a helyszín 17,9 méter magas, 13,6 méter széles, míg a fő Buddha-szobor 9,93 méter magas. Első lépésként kb. tízezer kép készült a barlangról és a szobrokról, majd a digitális modell következett.

A modellt 842 részre bontották, a részeket egyesével, több printerrel nyomtatták. A kivitelezők nem árulták el, hogy milyen gépet és technikát használtak, de a képek alapján valamelyik FDM-eljárás valószínűsíthető. Az installálás és a színezés három hónapig tartott.

A digitálisgyártás-szolgáltatásokat nyújtó Protolabs nyomatok gyors elemzéséhez bevezette a „Tervezés a gyárthatóság érdekében” (Design for Manufacturability, DFM) megoldást. A Minnesota állambeli vállalat szerint a DFM nyugalmat hozhat a gyártóknak.

Fontos lépésnek tartják, mert a folyamat megkezdése előtt további bizonyosságot jelent egy-egy nyomat gyárthatóságáról, hogy jó, ideális-e, vagy esetleg nem alkalmas rá. Az elemzés online, néhány másodperc leforgása alatt történik.

A Protolabs vezetősége elmondta, hogy a DFM megkönnyíti alkalmazásmérnökeik munkáját: kevesebb projektben kell közvetlenül részt venniük, és több, még gyorsabb szolgáltatásokat igénylő ügyféllel léphetnek kapcsolatba.

„Az additív gyártás a mérnököknek korábban komoly nehézségeket okozó összetett tárgyak előállítására lehetőséget adó, zseniális technológia” nyilatkozta Andrea Landoni, a Protolabs 3DP termékmenedzsere.

Több projektnek viszont technikai segítségre van szüksége a munka – nyomtatás – közben felmerülő komplex problémák kezeléséhez. Ezekben az esetekben az alkalmazásmérnökök még mindig elérhetők, hogy megoldást keressenek, és felgyorsítsák a munkafolyamatokat.

A DFM-mel a legtöbb általános probléma esetén nincs időveszteség, és elkerülhető, hogy mérnökök rábólintanak valamire, aztán órákkal később mégis találnak hibát. A felhasználóknak így is, a problémák zömének megoldása ellenére, bármikor szüksége lehet segítségre.

A 3DP közismert rugalmassága ellenére, a felhasználónak ismernie kell a technológia korlátait is. A DFM elemzés pont ebben segít másodpercek alatt – a felmerülő kritikus és nem kritikus problémákra egyaránt figyelmeztet: egyes komponensek túl nagyok a gyártáshoz, vagy a méretek ugyan a küszöbérték alatt vannak még, de csak annyival, hogy később bármi lehet, és a nyomat esetleg nem lesz tökéletes, minősége elmarad a várakozástól.

A gyorsaság fontos szempont, de csak akkor, ha kiváló minőséggel társul. Az azonnali DFM elemzéssel minden korábbinál többet megtudhatunk a várható minőségről, biztosabbak lehetünk a gyártás végeredményében.