FREEDEE BLOG

A Cornell Egyetem, a Lithoz America és a felsőoktatási intézmény által támogatott és működtetett Dimensional Energy energetikai startup közösen fejleszt az erőművek széndioxid-kibocsátását jelentősen csökkentő, megakadályozó, azt tiszta energiává átalakító nyomtatható kerámiákat.

A Dimensional Energy energetikai reaktorokkal alakítja át a széndioxidot a későbbiekben tiszta (azaz nem szennyező) repülőgép-üzemanyaggá továbbalakítható vegyi anyagokká.

A technológiát a United Airlines és más befektetők is támogatják, a fejlesztőknek viszont komoly kihívásokkal, például méretezési problémákkal kell szembe nézniük.

Kiváló hőtani tulajdonságaik és a korrózióval szembeni ellenállóképességük miatt a kerámiák ideális anyagok ezekhez a reaktorokhoz. Teljesítményüket azonban egyelőre több tényező hátráltatja. A kerámiaalapú additív gyártással, a technológia adta tervezési szabadsággal ás anyagválasztékkal szerencsére csökkenthető az elméleti és a gyakorlati teljesítmény közötti szakadék.

Az egyetem a Lithoz Americával korábban vizsgálta, hogy a számítógépes modellezés és a 3D nyomtatás hogyan használható „személyre szabott”, egyedi kerámiaszerkezetek létrehozásához. Ezeknek a szerkezeteknek tűrniük kell a reaktorok és más ipari környezetek magas hőmérsékletét.

A kutatások eredményei pozitívak, a 3D nyomtatással gyorsan elkészíthető elektrokémiai reaktorok prototípusai a teljesítményt és az átalakítás mértékét optimalizáló formával rendelkeznek. A cél a Dimensional Energy által használt speciális, termokatalitikus reaktorok működésének hatékonnyá, természetbaráttá tétele.

A partnerek bizakodnak benne, hogy kutatási eredményeikből hamarosan piacképes termékek lesznek, és környezetbarátabb üzemanyagok és vegyszerek kidolgozásában segíthetnek.

A Washington Állami Egyetem (WSU) kutatói új módszert dolgoztak ki a 3D nyomtatásban is gyakran használt műanyagból, a politejsavból (PLA) termelődő hulladék műgyantaként történő újrahasznosítására.

A PLA bioalapú műanyag, de nehezen törik el, édes és sósvízben akár évekig sodorhatják az áramlatok anélkül, hogy szétesne. A legtöbb műanyaghoz hasonlóan ritkán hasznosítják újra, mert miután megolvadt és átformálódott, nem teljesít olyan jól, mint eredeti állapotban, kevésbé értékes.

Tény, hogy biológiailag lebomlik és komposztálható, viszont akár száz év is eltelhet, amíg a földben tényleg lebomlik. Valójában sok szennyeződést okoz. A kutatók ezért is javasolják, hogy ha valaki PLA-t gyárt, aprólékosan tanulmányozza, hogyan kezelik majd az anyagot.

Évente ugyanis mintegy 300 ezer tonna PLA-t állítanak elő világszerte, és az utóbbi időben drámai növekedés tapasztalható.

Az újrahasznosítás a műanyaghulladék egyik hatékony felhasználási módja. A WSU szakemberei egyszerű, de eredményes eljárást dolgoztak ki rá, amivel azonnal erősebb és jobb anyagot állítanak elő. Bíznak benne, hogy példájukat mások is követni fogják.

Gyors és katalizátormentes módszerükkel a nagy molekulaláncokat egyszerű monomerekre, a láncok építőkockáira bontják. A vegyi folyamat enyhe hőmérsékleten, kb. két nap alatt megvalósítható, ráadásul a PLA lebontására használt vegyszer, az aminoetanol olcsó.

A folyamatot úgy képzeljük el, mintha egy LEGO várat kockáról kockára szednénk szét, és mihelyst az alapegységekig jutunk, számtalan újraalkotási opció közül választhatunk.

Miután eljutottak a PLA építőkockáiig, a műanyagból olyan, fényre keményedő, folyékony műgyantát hoztak létre belőle, amelyet általában „nyomtatótintaként” használnak a 3D printerek. Kimutatták, hogy az új anyag jobb mechanikai és hőtani tulajdonságokkal rendelkezik, mint a kereskedelmi forgalomban beszerezhető legtöbb műgyanta.

A kutatásnál a PLA-re összpontosítottak, de bizakodnak, hogy eljárásuk a még gyakoribb PET (polietilén-tereftalát) esetében szintén működik. A PET vegyi szerkezete hasonló, hulladékként viszont még nagyobb problémát jelent.

A 3D nyomtatás egyre népszerűbb gyártási módszer bútorok, szerkezeti elemek, épületek tervezésénél, kivételezésénél, és szerencsére egyre több a szakterületi innováció.

A Jeruzsálemi Héber Egyetemen például a fával történő nyomtatást igyekeznek megújítani. Speciális eljárást dolgoztak ki, a fát gyanta formában használják, hogy a nyomatot megváltoztassák, miután az elveszítette nedvességét. Az új faanyag komoly hatással lehet a bútorgyártásra, a bútorok mások lehetnek, mint amilyennek ismerjük őket.

Munkájukat az Amerikai Kémiai Társaság augusztus 21. és 25. között tartott őszi eseményén mutatták be.

Szerkezete és a sejtek elrendezése miatt, a fa természetes tulajdonsága, hogy száradás utánra megváltozik az alakja. E jellegzetessége miatt a kutatók egyméteres tálat printeltek belőle.

A fa nyomtatóanyagot kör alakban printelték, és a kör végei, száradás után, egyenesen álltak. A kutatók elmondták, hogy elképzeléseik kiindulópontjához, a természethez akartak visszatérni, és a fa tökéletes matériának bizonyult a koncepció megvalósításához.

Az anyagfejlesztéshez más projektekből fennmaradt fahulladékot gyűjtöttek össze. „Faliszt” néven ismert mikrorészecskékből áll, cellulóz nanokristályokkal és xiloglukánnal (hemicellulose), amelyek természetes növényi kötőanyagok, így nem véletlen, hogy a végeredmény teljes mértékben környezetbarát, vízalapú „tinta.”

Miután elkészültek vele, ki kellett dolgozni az ilyen típusú alkalmazások optimális nyomtatási paramétereit. Több tesztet követően kiderült, hogy a printelés sebessége és a nyomtatott csíkok orientációja fontos szerepet játszanak a nyomat átalakulásában. A printelési paraméterek meghatározzák a fa száradás utáni „viselkedését.”

Több darabot, köztük konyhai eszközöket és bútorokat is kiviteleztek már a technológiával, és a kutatók természetesen folytatják a fejlesztéseket. Be akarják bizonyítani, hogy egyes paraméterek, például a nedvesség módosítása miatt megint képesek megváltoztatni a fa formáját.

A kaliforniai Velo3D a fémnyomtatás egyik meghatározó szereplője. Sapphire printerei az úgynevezett „ÚjŰr” (NewSpace) vállalatok kedvenc munkaeszközei közé tartoznak – hatékony gépek az iparág gyorsabb repülők és könnyebb űrhajók gyártásával történő forradalmasításához.

Legújabban a 2018-ban alapított, atlantai Hermeus használ Sapphire-okat, kritikus részeket nyomtatnak velük hiperszonikus repülőhöz. Kereskedelmi és védelmi célokra egyaránt gyártanak, és szerencsére a Sapphire rendszerek alkalmasak a tömegtermelésre. A Quarterhorse repülő Chimera motorjához nyomtatnak alkatrészeket, Inconel 718 nikkel-króm szuperötvözetet használnak hozzájuk.

„A fémnyomtatás kulcskomponens a gyártás vertikális integrálását célzó tervünkben. A Velo3D technológiájával a teljesítmény növelésének, az alkatrészek egységesítésének, a tömeg csökkentésének és a külső tényezőktől való függés minimalizálásának lehetőségeit keressük” – nyilatkozta Glenn Case, a Hermeus vezérigazgatója.

Az iparág új „szupersztárjának” számító cég célja a légiközlekedés radikális felgyorsítása hiperszonikus repülőgépekkel. Támogatói között olyan intézmények szerepelnek, mint a NASA, kormányzati ügynökségek, az amerikai légierő, a szakma innovátorai, például az RTX Ventures, és természetesen kockázati befektetők is (Raytheon Technologies).

A Hermeus első repülőgépét, az autonóm Quarterhorse-t működtető Chimera turbina-alapú, kombinált ciklusú motor. Elképesztő sebességre és újrahasznosíthatóságra tervezték, az első repülés 2023-ban várható.

„A hiperszonika a repülőipar extrém kihívásokat tartogató részterülete. A Hermeus által megvalósítandó sebességnél a hőmérséklet, a rezgések és az aerodinamika rendkívül fontos tényezők a repülésben. Ebben a szegmensben nagyon kevés csapat rendelkezik akkora tapasztalattal, mint ők, és büszkék vagyunk, hogy Sapphire printereinkkel hozzájárulhatunk terveik megvalósításához. Kétségem sincs afelől, hogy a kereskedelmi hiperszonikus repülésből valóság lesz” – jelentette ki Benny Buller, a Velo3D alapító-vezérigazgatója.

Az apa és fiú, Kevin és Lukas Czinger által alapított, azonos nevű (egyébként Divergent-leányvállalat) amerikai autógyártó legújabb csodagépe, a világ jelenleg legfejlettebb technológiájú kocsija, a Czinger 21C úgy néz ki, mintha versenyautó lenne, pedig nem az. Az Egyesült Államok szigorú szabályozása alapján, alkalmas az országúti közlekedésre, személyautóként funkcionál.

Mindenesetre nemcsak ránézésre speciális, hanem a tervezése és a gyártása is az: a legkorszerűbb technológiákkal – 3D nyomtatással, mesterséges intelligenciával – készült, méretes pillangóajtói pedig egészen különleges látványt nyújtanak. Tervezése, fejlesztése, gyártása hét évig tartott.

Az 1500 kilónál kisebb tömegű járművet saját fejlesztésű, 2,9 literes ikerturbó-motor működteti, 932 kW a teljesítménye, fordulatszáma meghaladja a 11 ezer fordulat/perc értéket. 27 másodperc alatt 0-ról 250 km/h-ra gyorsul, majd visszalassul 0-ra (az előző csúcs 31.49 másodperc volt).

Az autó belseje egyenes vonalak, szénszálas szerkezetek helyett olyan, mintha organikus lenne. Az anyacég (amelynek szintén a két Czinger az elnöke) a tervezés és a fejlesztés automatizálásával foglalkozott, az alkatrészek kidolgozásához mesterséges intelligenciát, fizikai megvalósításukhoz pedig 3D nyomtatást alkalmaztak. Szimulációval és többszöri iteráció után döntöttek az ideális méretekről.

Mindezekkel együtt érték el, hogy a Czinger 21C nemcsak hatékony jármű, de könnyű is. A karosszéria, a kerekek, belső részek, a hajtómű kivételével szinte minden komponensét additív gyártással, a fémdarabokat lézeres porágy-fúzióval készítették. A mesterséges intelligencia és a 3DP biztosította, hogy gyártás közben ne termelődjön fémhulladék.

A nyomtatással járó méretproblémák miatt kénytelenek voltak ragasztót is használni. Házon belül állították elő, ultraerős, és pillanatokon belül megszilárdul, könnyedén és biztonságosan összekapcsolja a komponenseket.

Az Adidas bemutatta eddigi legfejlettebb futócipőjét, a részben 3D nyomtatással készült 4DFWD-t. A sportszergyártó hosszú évek óta használja az additív gyártást, így nem meglepő, hogy ezúttal is élt a technológia adta legfrissebb lehetőségekkel.

Globális innovációs partnerével, a Carbonnal, a cég által fejlesztett nagy tűrőképességű, szakadásnak ellenálló, negyven százalékban bioalapú EPU44 elasztomerrel dolgoztak, és finomhangolták a cipő középtalpát. A finomhangolással elérték, hogy futás közben mindig előre haladunk, és az sem okoz problémát ebben, ha közben a lábunk érintkezik a földdel.

Az érintkezés régóta gátolta a futókat teljesítményük maximalizálásában, és ez az első alkalom, hogy egy sportcipőgyártó orvosolja a problémát. Az iparágban elsőként alkalmazott csokornyakkendő-szerű középtalp-kidolgozású rácsszerkezet teszi lehetővé – a függőleges nyomást vízszintes erővé átalakítva, a futó megállás nélkül, mindig előre halad.

Rengeteg munkával, irdatlan adatmennyiség feldolgozásával jutottak el idáig. A rácsszerkezet több mint ötmillió változatát, 18 esztendő atlétikai teljesítményét elemezve azonosították a célra alkalmas tervet, amelyet az MIT (Massachusetts Institute of Technology) Sportlaboratóriumában is alaposan tanulmányoztak, ők is komoly segítséget nyújtottak a kivitelezéshez.

„Futás közben, minden egyes alkalommal, ha a lábunk a talajhoz ér, megszakad az előre történő mozgás, a mozgások között minimális leállás van, ami képességeitől függetlenül, minden futóra érvényes. Az MIT Sportlaboratóriumában innovatív technológiákat fejlesztünk a probléma megoldására. Az új 4DFWD pont ilyen” – áll az intézmény közleményében.

A cipő új Continental külső talpa garantálja, hogy viselője bármilyen időjárási viszonyok között kényelmesen fusson, a középtalp párnázása pedig 23 százalékkal nagyobb, mint az előző generációké.

A 4DFWD-t több színben szerezhetjük be, egy pár ára 200 euró.

A 2014-ben, a Hongkonghoz közeli Senzsenben alapított Creativity a távol-keleti 3D nyomtatás egyik úttörője, a kezdetek óta 3D printerek és a hozzájuk kapcsolódó kiegészítők, például nyomtatóanyagok és -szálak tervezésével, fejlesztésével és gyártásával foglalkoznak.

Tevékenységük azonban nem merül ki ennyiben, mert – elsősorban oktatási célú – robotokat és drónokat is gyártanak. A cég jelenleg közel kétszáz országba exportálja termékeit.

Legújabban a BASF egyik leányvállalatával, a Forward AM-mel kötöttek új partneri szerződést. Együttműködésük célja, hogy további professzionális megoldásokkal lássák el a kínai additívgyártás-piacot. Az együttműködést szentesítő aláírási ünnepségre szeptember elsején, a Creativity senzseni székhelyén kerül sor.

Az ünnepséggel egyidőben a kínai vállalat piacra dobja a Sermoon D3 nyomtatócsaládot, és a kifejezetten ezekre a gépekre tervezett, csúcsminőségű, PLA- és ABS-változatban egyaránt beszerezhető HP-ULTRA nyomtatószálat, amelynek a fejlesztésében a Forward AM is részt vett.

A CR-5 Pro után, a Sermoon D3 újabb lépés a szakmabeli, ipari piac meghódítására. Az ipari tervezésre készült gépcsaládtól a prototípuskészítésben, rakodógépek és más szerszámok gyártásában, tervek ellenőrzése során várnak átlagon felüli hatékonyságot. A Sermoon D3 ipari szintű stabilitást biztosít, felhasználói szimultán vezérelhetnek és monitorozhatnak több 3D nyomtatót.  

A stratégia partnerséggel a Creativity gépismeretét és szakértelmét, és a Forward AM anyagtechnológiáját hozzák közös nevezőre, amellyel tovább bővítik professzionális nyomtatóik alkalmazási lehetőségeit. Az együttműködéstől olcsóbb printereket, anyagokat, szoftvereket várnak.

Az új termékekkel értelemszerűen tovább akarják bővíteni szakmabeli, ipari ügyfeleik körét.

A pennsylvaniai Pittsburgh világhírű felsőoktatási intézménye, a Carnegie Mellon Egyetem kutatói jégből nyomtattak mikroszerkezeteket. A szerkezetek sablonként használhatók belső csatornák, járatok vagy vezetékek legaprólékosabb és legpontosabb kidolgozásához. A kutatók szerint a jégnyomtatásnak olyan területeken lehetnek hasznos alkalmazásai, mint a biogyógyászat, a fejlett gyártóipar, a puha robotika és a művészetek.

A víz nyomtatóanyagként történő használata minden, csak nem szokványos, kifejezetten ritka. A kutatók egyrészt azért döntöttek mellette, mert biológiailag kompatibilis anyag, másrészt, mert gyorsan jéggé alakítható. Természetesen megvannak a maga buktatói is, így a nyomtatási paraméterek meghatározásához több kihívásnak kellett eleget tenniük.

A mínusz 35 Celsius-fokra hűtött és folyamatosan azon a hőmérsékleten tartott munkatérre vízcseppeket tettek, amelyek nagyon hamar megfagytak. Többszöri iteráció kellett a nyomtatás menetének, irányának, a fúvóka sebességének, a vízcsepp-lerakás gyakoriságának kidolgozásához.

Ezek nélkül nem tudtak volna jól meghatározott geometriával rendelkező, sima felületeket, megismételhető mintázatot létrehozni. A víz gyors halmazállapotváltozásának és a jég ellenállóképességének köszönhetően, a kutatók bármilyen formákat kitalálhattak. Megvalósításukhoz segédanyagokra sem volt szükségük.

Több teszt során többféle formát hoztak létre mikroszkopikus mérettartományban: egy fát, egy propellert és egy polipot. A mikroméretű jégminták sima felületekkel/falakkal rendelkeznek, változatos – még komplexebb – nyomatok alakíthatók ki belőlük, belső üregeik pontosan definiálhatók.

A kutatók „belülről kifelé történő nyomtatásnak” és „fordított fröccsöntésnek” nevezik az új eljárást. Ha kész a nyomat, lehűtött anyagot, például műgyantát tartalmazó folyadékban vagy gélben „füröszthetik”, és mihelyst a nyomat megkeményedik, a víz vagy a jég olvasztásával, vagy gőzzé alakítással könnyen eltávolítható.

A németországi Lübeck-székhelyű SLM Solutions, egy korábbi eladást követően, most két további SLM500 3D nyomtatót értékesített a prémiumkategóriás autók mellett repülőgépeket is gyártó, világhírű Rolls-Royce-nak.

A járműgyártó cég ezentúl többlézeres platformokkal hasznosítja az egylézeres printerekkel szerzett ismereteit, szakértelmét. A sorozatgyártásra tervezett, az üresjáratokat minimalizáló SLM500 ugyanis a világ első négylézeres 3D printere.

A két újabb gép a Pearl 10X repülőgép gyártás előtti munkafázisában hivatott fontos szerepet betölteni, a rendszerekkel a légi jármű motorjához készítenek komponenseket. Összetett égésterű részek (égőkamrák) egyes elemeinek printelésével jelentős mértékben csökkentik a darabok tömegét, és az előállítás közbeni károsanyag-kibocsátást is.

Az új Pearl 10X motor összességében öt százalékkal hatékonyabb és környezetbarátabb is lesz, mint az elődjei. A 10X a piacvezető Pearl motorcsalád leghatékonyabb szerkezete, speciálisan az egyik legmodernebb sugárhajtású repülőgépre, a Dassault Falcon 10X-re dolgozták ki.

A világon több mint 3600 használatban lévő üzleti repülőgép működik Rolls-Royce motorral, ebben a szegmensben a cég a világ elsőszámú motor-beszállítója.

A Rolls-Royce és az SLM Solutions is elégedett.

Additív gyártással hagyományos technikákkal megvalósíthatatlan komplexitású szerkezetek, például égéstér-elemek hozhatók létre – hangsúlyozza Richard Mellor, a Rolls-Royce egyik főmérnöke. Ezzel magyarázható, hogy a levegő irányát 180 fokkal elforgató hűtőfuratok is vannak rajtuk, amelyek szintén a hatékonyságot növelik, és közben a károsanyag-kibocsátást is csökkentik.

A főmérnök elmondta, hogy az újbóli vásárlás egyértelműen jelzi, mennyire elégedettek az SLM Solutions termékeivel.

„Mindig örvendetes, ha olyan jól jegyzett vállalat a visszajáró vásárlónk, mint a Rolls-Royce. Ilyen kapcsolatokat akarunk kialakítani” – nyilatkozta Sam O’Leary, az SLM Solutions vezérigazgatója.

A nyomtatási hibák sajnos elég gyakoriak, kijavításuk pénz- és időigényes. Az additív gyártás iparosodásával egyre fontosabbá válik a folyamat összes fázisának folyamatos megfigyelése, ugyanakkor a felhasználó egyre nagyobb automatizálásra is vágyik. Magasszintű automatizáció nélkül nincs tömeges gyártás.

Ezen a ponton jönnek képbe az algoritmusok, mesterséges intelligencia, különösen a gépitanulás-megoldások.

Cambridge-i kutatók az intelligens – a designtól és az anyagról függetlenül a hibákat időben észlelő és kijavító – 3D nyomtatókat előlegező algoritmust fejlesztettek. Az algoritmus FDM printerek munkahibáit korrigálja valósidőben.

Az új megoldással nemcsak a potenciális hibák száma csökkenthető drasztikus mértékben, hanem a nyomtatási folyamat automatizálásában is hatékony eszköz.

Az együttműködő autonóm extrudálás hálózatot rövidítő CAXTON nevű algoritmust mélytanulással (deep learning) gyakoroltatták. 192 nyomat készítése közben felvett 950 ezer képen tanult. Minden egyes képet a printer aktuális beállításával (sebesség, hőmérséklet, nyomtatófej stb.) címkéztek fel, ami lehetővé tette, hogy megtanulja a hibák kijavítását. Felderítésükben és korrigálásukban is jobban teljesít, mintha ember végezné ugyanezeket a feladatokat.

CAXTON automatikusan címkézi fel és javítja ki valósidőben a hibákat. A kutatók a tanuló adatsor bővítését és diverzifikálását tervezik, hogy a módszert általánossá – gép- és anyag-függetlenné – tudják tenni. A többi automatizált monitorozó szoftverrel ellentétben, ez az algoritmus nemcsak egyetlen nyomat, anyag, rendszer korlátozott hibalehetőségeit azonosítja, hanem sokkal többre képes.

Fejlesztői szerint „önvezető autórendszer 3D nyomtatáshoz.” A tanulással eléri azt a szintet, hogy korábban nem látott hibákat ismeretlen anyagok esetében is azonosít, kijavít. Mivel folyamatosan tanul, egyre jobban teljesít, és idővel még a legprofibb humán munkaerőnél is jobb teljesítményre lesz képes, ami a minőségellenőrzésnél, különösen biztonságkritikus alkalmazásokban, például a légjármű-, a járműiparban vagy az energetikában fontos.