FREEDEE BLOG

A Texasi A&M Egyetem kutatói az áramot erősen vezető emberi szövet, például a bőr natív jellemzőit utánzó bioanyagot, az anyagból a 3D nyomtatáshoz nélkülözhetetlen biotintát fejlesztettek.

A tinta a 2D nanoanyagok új, molibdén-diszulfid (MOS2) osztálya. Az MOS2 vékonyrétegű szerkezete olyan részeket tartalmaz, amelyek vegyileg aktívvá teszik, és módosított zselatinnal kombinálva, rugalmas hidrogél előállítására alkalmas.

A fejlesztés komoly hatással lesz a 3D nyomtatásra. Az új hidrogél-tinta biológiailag nagyon kompatibilis, és jól vezeti az elektromos áramot is. Ezek együtt a következő generációs viselhető/hordozható (wearable) elektronikához, illetve a beültethető biolelektronikus készülékekhez vezetnek – állítják a texasi kutatók.

A tintát egy kicsit úgy képzeljük el, mint a tubusos fogkrémet – a tubusban szilárd, viszont ha összenyomjuk, könnyen folyékonnyá válik. Főként a módosított zselatinba tette elektromosságot vezető nanoanyagok miatt alkalmas 3D nyomtatásra.

Ezek a nyomtatott eszközök extrém mértékben elasztomerek, úgy nyomhatók össze, csavarhatók és hajlíthatók meg, hogy közben nem törnek össze. Mindezek mellett elektronikusan aktívak, így például az emberi mozgás folyamatos megfigyelésére is alkalmasak (e-tetoválások), amit későbbi egészségügyi alkalmazásokban használhatnak ki.

A hidrogél-tintával komplex 3D áramkörök hozhatók létre. A 3D nyomtatás köztudottan a korábbi gyártótechnikáknál jóval nagyobb tervezői szabadságot biztosít, azaz személyre szabott, viselője egyedi fizikai tulajdonságaihoz „alkalmazkodó” viselhető kütyük is készíthetők az új anyagból. Például tetszőlegesen húzható, nyújtható érzékelőket állíthatunk elő belőlük, amelyekbe mikroelektronikus alkatrészeket integrálunk.

A tinta nyomtatásához olcsó és nyílt forrású, többfejes 3D bioprintert fejlesztettek. Az egyedire kialakított gép nyílt forrású és ingyenes szoftverekkel működik. Ez a háttér lehetővé teszi, hogy kutatók saját elképzeléseik szerint, céljaiknak megfelelően, maguk építsenek 3D bioprintereket.        

Több különleges építészeti projektet mutattak be a még június végén megtartott, éves Jeruzsálemi Design Héten. Ezek egyike, a „Hogyan növesszünk egy épületet” kezdeményezés organikus anyagokon (magvakon, talajon) és 3D nyomtatáson alapul, és az organikus építészet világméretű ökológiai válság közbeni lehetőségeit vizsgálva, kíván alternatívát nyújtani.

Mivel jelenleg és valószínűleg a közeljövőben is egyre több ipari és nem helyi nyersanyagot használnak építkezésekhez, ennek a hosszú ideje érvényben lévő gyakorlatnak az ellenpéldáját kínálják.

A tervezőkből (Or Naim, Elisheva Gillis, Gitit Linker, Danny Freedman, Noa Zermati, Adi Segal, Rebeca Partook, Nof Nathansohn) álló csoport olyan valóságot képzel el, amelyben az épületeket 3D nyomtatással állítják elő, építőanyagokként pedig organikus matériákat használnak. A projektet Izrael egyik legrégebbi ingatlanközvetítő vállalata, a Rogovin támogatásával valósították meg.

Számítógéppel összekötött, egyedikre kialakított robotkart fejlesztettek, amely természetes mixből, a talaj és magok nyers keverékéből módszeresen épít kicsi zöld szerkezeteket. Az elkészült szerkezetek aztán önálló életre kelnek: a magok kihajtanak, a talajfalakat zöld homlokzattá alakítják, a gyökerek a falba mélyedve, tartós építőanyagot formáznak.

A gyökerek és a talaj, szerkezeti elemekként az olyan egyre fenntarthatatlanabb megoldásokat hivatottak helyettesíteni, mint a beton és az acél. A növényzet építészeti folyamatokba integrálása, a gyártás kihagyhatatlan elemévé válása, az új anyagokkal történő 3D nyomtatás az eddigiektől alapjaiban eltérő – és környezetbarát – megközelítés.

A Jeruzsálemi Design Hétre több mint 40 ezren látogattak el, a szervezők 150-nél több izraeli és nemzetközi tervező kiállítását, installációit, projektjeit ismertették meg az érdeklődőkkel. A munkák a „Most” témára fókuszáltak – a tervezés múlandóságát és a múlandóság tervezését voltak hivatottak bemutatni egy egyre bizonytalanabb világban.

A „fenntarthatóság” ma már minden ipari és mezőgazdasági tevékenységben az egyik legfontosabb szempont (de legalábbis annak kellene lennie). Rég nem trendi topik, hanem jó ideje kényszer, szükségszerűség. Nélküle elképzelhetetlen a jövőnk.

A gyártószférában, az additív gyártásban szintén nem tegnap kezdtek el gondolkozni a fenntarthatóságon. A technológia több aspektusa kifejezetten ezen alapul, a 3D nyomtatás a fenntarthatóság egyik legadekvátabb, legmodernebb „reklámja”, tökéletes promóció.

Hogy miért? Például azért, mert a technológiával csökkenthető a gyártási idő, drasztikusan leredukálható a munkafolyamat közben generálódó hulladék mennyisége, ugyanakkor nagyobb a tervezői szabadság. A logisztika is leegyszerűsödik, a gyártás lokalizálódik – 3D nyomtatással helyben készíthetők el termékek, tehát megspórolhatók a szállítási költségek, és a szállítás közbeni környezetszennyezés is.

Mindezek mellett, más gyártótechnológiákkal nem lehet termékeket olyan mértékben személyre szabni, egyedire kialakítani, mint 3D nyomtatással.

A 3D Printing Media Network elektronikus könyvet tett közzé a témáról. Főként az alkalmazásokat vizsgálják több szektorban (légjármű-ipar, energetika, fogyasztói javak), illetve az anyagfejlesztés terén elért legújabb eredményekről, innovációkról is beszámolnak (fenntartható műanyagok stb.).

A pozitívumok ismertetése mellett kitérnek azokra a területekre is, ahol komoly előrelépésre lenne szükség. Például magát az additív gyártási folyamatot kellene jóval energiahatékonyabbá tenni, illetve a nyomtatóanyagokat jobban be kellene integrálni a körkörös gazdaságba (circular economy).

Exkluzív interjúkat közölnek meghatározó vállalatok (Materialise, Carbon stb.) vezetőivel, és az additív gyártás az atomfúzió-kutatásokban betöltött egyre fontosabb szerepére is kitérnek.

A 3D Printing Media Network nem most jelentkezik először e-könyvvel. Csak idén a légjármű-ipari alkalmazásokról, a fejlett polimerekről, a fogyasztói additív gyártásról és a bionyomtatásról is publikáltak anyagot.

A Dániai Műszaki Egyetemen alakult TRD Surfaces különleges fúvókát mutatott be szálhúzással működő 3D nyomtatókhoz. Az acél megkeményítésére specializálódott cég a felsőoktatási intézményben kitalált felülettechnológiával dolgozik.

Az eljárás során kerámiaalapú bevonatot használták, korábban nagy dieselmotorokra és ipari méretű vízfúvókákra, most pedig a fitbit nevű, 3D printerekhez való fúvókákra alkalmazták sikeresen.

A fejlesztők elmondták, hogy egyrészt bizakodtak a nyomtatószálakkal kapcsolatban, a szerszámacéllal szemben viszont kételyeik voltak. Azért, mert ez utóbbi áramvezető-képessége nem versenghet a sárgarézével vagy a wolfram-karbidéval.

A fúvóka tesztelésénél mégis kellemes meglepetés érte őket. A sárgarézzel és a wolfram-karbiddal összehasonlítva, gyengébb teljesítményre számítottak. Aztán azt tapasztalták, hogy a hővezetés kétszer magasabb, mint a sárgarézé, sőt, még a wolfram-karbidnál is jobb.

Az ok? A fúvóka felületét különleges kerámiaanyaggal, krómkarbiddal vonták be. A bevonat ugyan nagyon vékony, de ennek ellenére jelentős mértékben hozzájárul a fúvóka által a nyomtatószál irányában végzett hőátadáshoz.

Egy másik meglepetés egy sikertelen nyomtatás után érte őket. Megolvadt műanyag borította be a gép adott részét. Ilyenkor általában hosszadalmas tisztítás következik, most viszont a műanyag azonnal levált.

Többszöri tesztelés után a kutatók rájöttek, hogy a krómkarbid felület egyedi tapadásgátló képességgel rendelkezik. Ez pedig azt is jelenti, hogy a fúvóka sokkal könnyebben tisztítható, minimálisra csökken benne az anyagok felhalmozódása. Még a belsejében is van bevonat, amelynek a tapadásgátló tulajdonsága csökkenti az eltömődés kockázatát.

„Egy fúvóka minden printhez” – hirdeti a cég.

Amikor ráébredtünk a kőolaj-alapú járművek és más gépek súlyos környezetkárosító hatásaira, úgy tűnt, hogy a probléma relatíve egyszerűen, az elemekkel működő elektronikus autókra stb. történő átállással megoldható. Szinte senki nem kérdőjelezte meg az új, állítólag teljesen környezetbarát megoldásokat.

Aztán kiderült, hogy az egyszerű, zöld alternatíva mégsem annyira zöld, mint gondoltuk.

Az elemek használata valóban nem káros, gyártásuk és leselejtezésük viszont annál inkább az. Az előállításnál használt vegyszerek, az elemekben lévő veszélyes sav kifejezetten károsak, és mivel manapság egyre több elektronikus terméket használunk, a probléma is nagyobb. Az elemeket viszont nem száműzhetjük mindennapjainkból, tehát környezetkímélőbb megoldásokat kell kidolgozni rájuk.

A gyártástól a felhasználáson keresztül a leselejtezésig, ki kell találni, hogyan lehet a leginkább környezetbarát feltételek mellett a legtöbbet kihozni belőlük. Úgy tűnik, japán kutatók rájöttek a megoldásra.

Sendai Tohoku Egyetemén új eljárást dolgoztak ki, amellyel nagyteljesítményű szén mikrorácsoos elektródákat nyomtatnak elemekhez. A módszer hamarosan működő alternatíva lehet a környezetre sokkal kevésbé káros elemgyártáshoz és leselejtezéshez. Az elemek nagyon jó teljesítményre képesek és olcsók.

Az újírás célja az elemet egyetlen elemcellává alakításához használt aktív anyagok számának növelése, amellyel a lehetőségeiket is maximalizálják. A cellákat az inaktív anyagok kötik össze, ezért jelen esetben vastagabb elektródákra van szükség. Ezek az elektródák korlátozzák az ionok mozgását és az elektromos töltést is.

A japán kutatók műgyantából sztereolitográfiával (SLA) nyomtattak mikrorács-szerkezeteket, amelyeket speciális karbonizáló eljárással zsugorítottak. Az így létrejött kemény szénanódok gyorsabban szállítják az energiatermelő ionokat, a pontosabb rácsszerkezet pedig jelentősen növeli az anódok teljesítményét.

A kutatók jelenleg a módszer finomításán munkálkodnak.

A Markforged 18,6 százalékos bevétel-növekedést produkált – derül ki a vállalat 2022 második negyedévére vonatkozó pénzügyi beszámolójából. 2021 azonos periódusával összehasonlítva: a mostani 24,2 millió dollár 3,8 millióval több az akkorinál.

A növekedést a cégvezetés szerint részben az FX20 nyomtató iránti egyre nagyobb kereslet magyarázza. A Digital Forge szintén egyre többek érdeklődésére tart számot.

A 2021 második negyedéves jelentés tavaly júliusi közzététele óta a növekedés konzisztens, és a tempója is nőtt – 2021 második negyedévében kilenc százalék volt. A szignifikáns emelkedés egyrészt a koronavírus-járványból történő egyre gyorsuló kilábalásnak, másrészt a lehetőségek bővülésének és persze a különösen a légjármű-iparban népszerű FX20-nak is betudható. Az FX20 mellett az olcsó prototípus-készítéshez ideális Precise PLA nyomtatószálak szintén kedvelt Markforged-termékek.

A bizonytalan világgazdasági környezetnek megvannak a negatív hatásai is, de például a belső költségszabályozás alapos kivizsgálása sem jelenti az innovációra fordított összegek megvágását.

A Markforged portfoliója az idei második negyedévben a védelmi iparban is népszerűségnek örvendett. A vállalat közzé is tett az amerikai légierő X7 printerhasználatáról szóló esettanulmányt. Egyes pótalkatrészek előállítási költsége ezzel a géppel többszáz dollárról potom ötre csökkent.

A Philips Corporation halifaxi (Észak-Karolina) üzemében nagyméretű nyomatokhoz használják az FX20-at.

A második negyedévben a portfolió akvizíciókkal is bővült a Teton Simulation felvásárlásával a SmartSlice szoftvert az Eiger platformba integrálták, a binder jettingben utazó Digital Metaléval pedig e nyomtatótechnológia felhasználóinak is újabb lehetőségeket kínálnak, egyértelműen növelve a vállalat ügyfélkörét.

A harmadik negyedévet illetően, a gazdasági körülményeket figyelembe véve, csökkentették a növekedési számokra vonatkozó előrejelzéseket.

A Markforged termékeit a FreeDee forgalmazza Magyarországon.

A divathoz több iparág tartozik (ruhaipar, kozmetika, luxuscikkek), és mindegyik területen egyre markánsabb a nyomás, hogy a tervezők egészen különleges, teljesen egyedi, jól felismerhető darabokkal álljanak elő. Ez a kényszer értelemszerűen jóval az átlagfelhasználók előtt „elvezeti” őket az új technológiákhoz. Amikor a lakosság jó része még nem is hallott róluk, egyes divattervezők már egy ideje velük dolgoznak, az innováció nélkülözhetetlen eszközeiként tekintenek rájuk.

Ez történt a 3D nyomtatással is. A szakterületen hamar elkezdték alkalmazni az additív technológiákat, s jutottak el a máig. Haute couture ruháktól kézitáskákig, a jelenállást a 3Dnatives portál tekintette át egy friss anyagban.

A világon elsőként a tel-avivi Danit Peleg készített teljes egészében desktop 3D printeren divatkollekciót. Szerinte a technológiával a kreativitásban kevesebb a korlát, és a közeljövőben egyre több printelt ruhadarabot fogunk hordani.

3DP és divat legművészibb találkozása a világsztárnak számító holland Iris van Herpen úttörő munkássága.

A technológia azonban nemcsak az experimentális közeget határozta meg – hogy aztán bőven ki is nője magát belőle (Van Herpen) –, hanem a nagy divatházak, például a kifejezetten haute couture Dior Galéria is használja.

Az elsősorban a fenntarthatóságban gondolkozó Kornit Digital a kötöttáruk világában honosította meg a 3DP-t, míg mások kiegészítőket, például high fashion maszkokat nyomtatnak.

A szintén a fenntarthatóságban utazó – annak egyik úttörője – kaliforniai Julia Daviy 2017 óta nyomtat ruhákat, ékszereket, lakásdíszeket. Egyik legismertebb munkája az Organikus szoknya – a név magáért beszél. A szoknya természetesen személyre szabható, ezernél több változata ismert.

Az olasz VIP TIE nem meglepő módon – egyéni ízlés szerint kialakítható – nyakkendőket nyomtat. Szinte minden változatban, egzotikus gyöngyöktől ezüstig-aranyig, mindenféle anyagból, bármilyen formában és a matériák 80 százaléka 100 százalék környezetbarát.

A müncheni Patronace sportmárka tervezője Bastian Müller mindennapos nagyvárosi mobilitásban gondolkozik, elektromos biciklitől gördeszkáig, bármilyen közlekedési eszközhöz kényelmesek a kreációi. Saját technológiát dolgoztak ki pehelykönnyű, rugalmas – és „intelligens” – textíliák printeléséhez, amelyek a nedvességtűréstől az ütésellenállásig, remek paraméterekkel rendelkeznek. Müller és csapata a kényelmet és a stílust hozza közös nevezőre.

A divatiparban máig népszerű bőr felhasználása komoly etikai problémákat vet fel, és egyre többen gondolkoznak teljesen állatmentes bőrben. Ma már többen állítanak elő 3D nyomtatással tökéletes bőrutánzatokat, köztük pénztárcákat is.

A Milánói Divathéten a hét designercsoporttal együttműködő Stratasys – a 3DP egyik meghatározó nagyvállalata – a TechStyle 3D printeren készült SSYS 2Y22 kollekcióval debütált.

Beültetésekről általában végtag-implantátumok jutnak eszünkbe, de ma már az emberi test más részei is helyettesíthetők, csak nem annyira elterjedtek, mint a műkarok. Ezek az implantátumok, csontpótlások azonban sokkal bonyolultabbak, jóval nehezebb elkészíteni őket. Gyakran sürgősen van rájuk szükség.

A 3D nyomtatás fejlődésével új lehetőségek nyíltak meg a medicinában is. Több esetben korábban kivitelezhetetlen elképzelések váltak valóra. Ennek egyik példája egy nemrégi titánállkapocs-beültetés Hollandiában. A világon most történt meg először, hogy egy feji/nyaki rákban szenvedő beteg printelt titánimplantátumot kapott.

Az állkapocs környéki rákok ritka feji/nyaki daganatok – ez utóbbiak évente az összes diagnosztizált rák négy százalékát jelentik az Egyesült Államokban. Állkapocs-tumorokkal viszonylag kevés kutatás foglalkozik, és gyakori eset, hogy a betegség előrehaladtával, a kezelő orvos vagy a teljes alsó állkapcsot, vagy annak egy részét eltávolítja.

A lehetséges helyettesítést illetően, nagyon korlátozottak a lehetőségek. Legalábbis eddig azok voltak, és a betegek nem tudták visszanyerni állkapcsuk elveszített funkcióit. Ha mégis helyettesítették valamivel, akkor vagy a páciens másik csontjával, leggyakrabban az alsó lábszárból, főként szárkapocs-csontrésszel, vagy csak fémlapokkal pótolták. Mindkét esetben gyakoriak a komplikációk, vagy az implantok nem passzolnak igazán, vagy nem tartósak. A komplikációk sokszor a páciens életét veszélyeztetik.

Itt jön képbe a 3D nyomtatás.

A Holland Rákintézet és a szintén holland Mobius 3D Technology (M3DT) négy éves közös kutatásfejlesztés eredményeként titánból nyomtattak állkapocs-implantátumot. A beültetést tesztelendő, kiválasztottak egy önkéntest, akinek rák miatt korábban eltávolították az állkapcsát. 3D-s MRI és CT-szkenek alapján pontos modellt dolgoztak ki, amely tökéletesen passzol a beteg állához, pótolja a hiányzó részt. Ezt követően kinyomtatták, majd a páciens fejébe ültették.

Az új implantátumtípus erősebb és a testtel kompatibilisebb, mint a korábbiak. A személyre szabott, pontos méret a 3D nyomtatásnak köszönhető, de a beültetésnek nemcsak a mérete, hanem a tömege is azonos az eredetiével. Az implant úgynevezett hálószerkezete pedig lehetővé teszi az általános funkciók (beszélgetés, evés, ivás) megőrzését.

Az első beültetés sikeresnek bizonyult, a szakemberek folytatják munkájukat. 2023-ban és 2024-ben újabb titánimplantátumok várhatók.

Ritkán hallunk az iráni 3D nyomtatásról, kevés hír érkezik az ottani szakterületi kutatásokról, fejlesztésekről, alkalmazásokról. Most viszont a Teheráni Egyetem szakemberei új anyaggal, a jelenlegieknél mért széndioxid-kibocsátást négyszázad részére csökkentő betonnal álltak elő.

Egy ház printelését szimulálva jöttek rá, hogy a hőszigetelő és fázisváltó (PCM) anyagokkal kevert reaktív magnéziumoxiddal az energiafelhasználás és a környezeti hatás is szignifikáns mértékben csökkenthető. Ha sikerül széles körben alkalmazni, a 3D nyomtatás sokkal népszerűbb lesz az építőiparban, megoldást jelenthet az egyre súlyosabb lakhatási problémákra, és természetesen a klímaváltozás ellen is fontos szerepet játszhat.

Az Európai Bizottság felmérése alapján a hagyományos módszerekkel készült épületek az EU-ban generált széndioxid-mennyiség 36 százalékát jelentik. A lélekszám növekedésével, a lakhatási problémák, és így a széndioxid-lábnyom is nő.

Egyértelműen a fenntartható építőipar lenne a megoldás, 3D nyomtatással a hőtermelés is optimalizálható. A teheráni kutatók szerint a PCM-anyagokról bebizonyították, hogy egyértelműen jók erre a célra. Másrészt viszont, mechanikai tulajdonságaikkal akadnak problémák.

Több szimulációt futtattak le az optimális cementforma azonosításához, és így jöttek rá a magnéziumoxid jelentőségére. Kétszintes virtuális házat két anyaggal teszteltek. Mindkettő környezetbarátabb a hagyományos megoldásoknál, a magnézium-oxidos esetében viszont alacsonyabb a fogyasztás.

Hogy az anyag még hatékonyabb legyen, kalcium-kloridot is tettek bele, és így a szigetelés is javult, azaz a magnézium-oxidalapú anyag 3D nyomtatással történő felhasználása az optimális megoldás, de tömeges használata előtt több problémát kell még megoldani.

A Rutgers Egyetem kutatói tanulmányban mutatták be a bevált FDM/FFF (Fused Filament Fabrication) technikánál sokkal gyorsabb és pontosabb Multiplexed Fused Filament Fabrication (MF3) eljárást. Az anyag megolvasztásán alapuló, szálhúzásos módszeren – szerintük – túlmutató MF3 esetében egyetlen nagy fúvóka helyett sok kis fúvókából álló sor végzi a munkát.

Az újítás eredményeként, a kutatók nagy és komplex nyomatokat készítettek, előállítási költségük pedig a töredéke volt annak, mintha más 3D nyomtatóeljárást használtak volna. A módszerrel nemcsak a nyomtatási időt csökkentették jelentős mértékben, hanem a nyomatok felbontását és méretét is növelték.

Az új technológia úgy működik, hogy a nyomtatás egyszerre több extrudálóval történik, de külön-külön nem kontrollálják/irányítják minden egyes extrudáló mozgását.

Az MF3 sikerének kulcsa az alapját jelentő szoftver. A kutatók a nyomtatót optimalizáló szeletelő szoftvert fejlesztettek, amely képes detektálni, hogy a minél nagyobb hatékonyság érdekében, melyik fúvókát kell ki-, és melyiket kell bekapcsolni.

Ezzel a gép üresjáratai is csökkenthetők. Ha egy fúvóka eltömődött, vagy nem működik, a szoftver kikapcsolja, és egy másikra összpontosít helyette. Egyetlen fúvókával működő printerek esetében ez értelemszerűen nem lehetséges – hasonló esetben az egész gépet kell leállítani.

Az új megoldással sikerült orvosolni a nyomtatás gyorsasága versus felbontás problémát is (nagyobb fúvókával gyorsabb a printelés, de alacsonyabb a print felbontása, kisebbel nagyobb a felbontás, részletesebb a nyomat, viszont hosszabb ideig tart a munkafolyamat), egyikből sem kell engedni a másik a kárára. A fúvókaszám növelésével, használatuk optimalizálásával, a párhuzamos munkavégzéssel, az MF3 megoldja a problémát.

Az eddigi tesztek sikeresek voltak.