FREEDEE BLOG

Az Egyesült Államokban évről évre nő a tüdőátültetések száma, 2021-ben 2524 betegen hajtottak végre műtétet. A várólistán lévők száma szintén emelkedik, jelenleg több mint 150 ezren vannak.

A bionyomtatás lehet a megoldás.

A 3D Systems és a United Therapeutics együttműködésének eredményeként, egy San Diegoi konferencián bemutatott tüdőállványt nyomtattak. A nyomatot a valaha volt legkomplexebb 3D nyomtatással előállított objektumnak tartják, de ami ennél is fontosabb: komoly áttörés a bionyomtatásban és a regeneratív medicinában.

Állatokkal már tesztelték – a gázcsere sikeresnek bizonyult –, a jövőben pedig a beteg saját őssejtjeiből készülhet, ami az egyik legbiztosabb módja, hogy a szervezet ne lökjön ki magából egy beültetést. Mivel az implantátumok más emberektől származnak, így viszont tőlünk, könnyen érthető testünk pozitívabb reakciója.

A bionyomtatás egyre dinamikusabban fejlődik, és mivel élő sejtekkel dolgozik, egyre fontosabbá is válik az orvoslásban. Egy amerikai orvos pár hete emberi sejtekből készült, nyomtatott fület transzplantált sikeresen betegére.

A technológiával a jövőben emberek számára készíthetők teljesen funkcionális, jól működő szervek. Egyelőre ez persze még nem lehetséges, viszont közelebb kerülünk hozzá, és a most nyomtatott tüdőállvány hatalmas lépés a megvalósulás felé.

A nyomat rekordszámba menő 44 trillió voxelből áll, ez négyezer kilométer tüdő hajszálér és 200 millió léghólyagocska. A United Therapeutics szakemberei az állványt a beteg őssejtjeivel akarják „sejtesíteni.” Ha sikerül, a jövőben megvalósul az emberi szervezettel kompatibilis, átültethető tüdő.

Az újfejlesztésű fotopolimer-alapú „printelés perforációhoz” bionyomtató technológiával egy ilyen szerv három hét alatt nyomtatható, ami egészen elképesztő teljesítmény. A két cég szerint öt éven belül elképzelhető személyre szabott nyomtatott tüdők gyártása és emberi tesztelése.

Az együttműködés célja, hogy a jövőben ne legyen hiány az implantátumból, amelyre a 3D nyomtatás a leghatékonyabb megoldás. Az is pozitív fejlemény, hogy már létezik az úgynevezett ex vivo tüdőperforáció, amellyel a jövő printelt implantátumának élettartama meghosszabbítható. Eddig 230 személy életét mentették meg vele.

A 3D nyomtatás szép sikereket ért el a légjárműiparban. Újabb figyelemreméltó esemény a Lufthansa bejelentése, mely szerint a fém és szénszálas kompozitokból álló repülő-alkatrészek gyártására specializálódott Premium AEROTEC vállalattal közösen készítettek teher- és nyomásbíró darabokat az IAE-V2500 motor jegesedés-gátló rendszeréhez.

Az Európai Repülésbiztonsági Ügynökség (EASA) hivatalosan is jóváhagyta a 3D nyomtatással létrehozott csavar- és csatlakoztató-szerű A-Link darabokat. Ez az első alkalom, hogy a légjármű-szektorban teher- és nyomásbíró nyomtatott fém-alkatrészeket engedélyeznek.

A Premium AEROTEC a globális légjármú-ipar egyik főszereplője, úgyhogy a Lufthansa nagyon nem nyúlt mellé az együttműködéssel.

A légitársaság Technik részlegének kilenc ilyen alkatrészre volt szüksége egy gyűrű alakú hő-légcsatorna rögzítéséhez a motor bemeneti burkolatán. Ez akadályozza meg a hajtóműben történő jegesedést, nélküle a repülőgépek nem tudnák kezelni a nagy magasságot. Az A-Link alkatrészek rendkívül fontosak, viszont a rögzítés lyukainál gyakran elhasználódnak, és néhány évente cserélni kell őket.

Főként a kopás és az elhasználódás miatt döntöttek a 3D nyomtatás mellett. A hagyományos módszerekkel gyártott A-Link a repülés közbeni rezgések miatt csak néhány évig felel meg a szigorú biztonsági előírásoknak. Általában kovácsolással készül, mostantól viszont a Lufthansa lézeres porágy-fúzióval állítja elő. Mivel nincs szükség fúróra, öntőformákra, additív gyártással sok anyag takarítható meg, csökkennek az előállítási költségek.

Az EASA-engedélyhez több tesztet kellett elvégezniük. A Premium AEROTEC prototípusokkal dolgozott, azokat vizsgálta, mindegyiknél a gyártófolyamathoz kapcsolódó releváns paramétereket vettek figyelembe. Egyre eredményesebb és relevánsabb folyamatokig, anyagokig jutottak így el.

Különösen a szakítószilárdságban remekelt az új alkatrész: ebben a paraméterben jobb, mint az eredeti.

Az együttműködéssel mindkét fél jól jár. A Lufthansa már nyomtatott darabokat is hitelesít, a Premium AEROTEC pedig most dolgozott először az Airbus Csoporton kívüli ügyféllel.

És ez csak a kezdet. A két vállalat tervezi a további közös munkát, ki akarják használni a 3D nyomtatásban lévő korlátlan geometriai lehetőségeket.

Az amerikai hadsereg, a printergyártó LFAM és a virginiai MELD Manufacturing teljes autóméretű tárgyak nyomtatására képes gépet fejleszt. A projekt célja olyan járműtestek kialakítása, amelyekhez kevesebb hegesztett kötés kell, hogy a jármű védettebb legyen az alvázi támadásokkal szemben.

A kovácsolással, hegesztéssel és más hagyományos technikákkal végzett próbák során kiderült, hogy ezek az eljárások nem alkalmasak a cél megvalósítására.

Additív gyártással (AM) viszont új lehetőségek nyílnak meg az anyagfeldolgozásban, rugalmasabb a gyártás, így a választás erre a technikára esett. Erre az alkalmazásra viszont még nem érett az AM, ezen a területen gyerekcipőben jár a 3D nyomtatás. A méretbeli korlátok komoly akadályt jelentenek, a legnagyobb fémprinterekkel maximum 1x1x1 méteres nyomatok készíthetők.

A költségek azonban magasak, mert sok nyomtatóanyagra, fémporra van szükség. Közvetlen energialerakással nagyobb méret is elképzelhető, ezekkel a rendszerekkel skálázhatók a nyomatok, porágyas technológiákkal viszont korlátozottabbak. A gyártók dolgoznak az ezirányú továbbfejlesztéseken, de minél nagyobb a rendszer, annál problémásabb a fémpor kezelése és feldolgozása. A rostokkal megerősített és a polimeres anyagok ebbe az irányba tett kísérletek, de eddig sajnos csak szerszámkészítő alkalmazásoknál működtek igazán.

A projekt elképzelése a múltban bevált nagyméretű szerszámgépek és az additív gyártótechnológiák összekombinálása, amellyel jelentősen csökkenhet a gyártási idő. Ha sikerrel járnak, a gép nemcsak szárazföldi, hanem más – köztük sok új – alkalmazásokban is fontos szerepet játszhat.

Két különböző gépet fejlesztenek. Az egyik maximum 1x1x1 méteres nyomatokat tud előállítani, folyamattervezésre, nyomtatási stratégiák, lépések kidolgozására fogják használni. A másik jóval nagyobb, a nyilvánosan hozzáférhető legnagyobb, 10x6,5x4 méteres tárgyak nyomtatására alkalmas printer lesz.

Architektúráját a mostani piac legnagyobb kompozit-nyomtatóját jegyző, rendszerei működtetéséhez Siemens szoftvereket és komponenseket használó Ingersoll Machine Tools dolgozza ki. (A Siemens szintén érintett a nagyszabású projektben.)

A MELD Manufacturing Corp úgynevezett additív súrlódásos keveréssel történő lerakodás eljárását fogják használni, de az összes elérhető fémnyomtatás megoldást figyelembe veszik. A MELD eljárása a szilárdtestes AM egyik típusa, alkalmas anyagok olvadási pont alatti lerakására és feldolgozásra. Ezek a nyomatok annyira tömörek, hogy üregek, üres részek nincsenek a belsejükben, ezért nem is kell még egyszer megdolgozni őket.

A következőgenerációs anyagok természetesen még jobb teljesítményre lehetnek képesek.

A General Motors 2020-ban komoly összegeket ruházott be additív gyártótechnológiájának továbbfejlesztésébe. Az erre a célra specializált ipari központot jelentős mértékben bővítették.

A GM több mint egy évtizede folyamatosan kísérletezik a 3DP autóipari használatával, mostanra pedig arra a szintre jutottak el, hogy a technológia gyártótevékenységük egyik fontos eszköze.

A Chevrolet mérnökei komoly problémával szembesültek, amikor „az utolsó pillanatban” kiderült, hogy változtatniuk kell 2022-es Tahoe terepjárójuk tervén. Plusz alkatrészre, a jármű hátulján lévő rést kitöltő rugalmas szivárgásgátló tömítésre van szükségük.

Fröccsöntéssel túl sokáig tartott volna az alkatrész előállítása, legyártása, késett volna 30 ezer jármű kiszállítása. Mivel a Chevrolet a General Motors leányvállalata, a GM mérnökei felvették a kapcsolatot az ipari mértékű additívgyártás-specialista GKN Additive Forecast 3D-vel.

A GM először fröccsöntésben gondolkozott, de rájöttek, hogy az idő túl szoros, ezért a 3D nyomtatás mellett döntöttek. Döntésüket a lassabb fröccsöntés mellett, az ellátási láncok akadozása is indokolta. Ez az akadozás több céget az additív gyártás felé „terel”, mert azzal helyben is elkészíthetők a szükséges darabok, kevésbé vannak a beszállítókra utalva.

A szóban forgó alkatrészt végül gyorsan kinyomtatták, A GM elvárásainak megfelelő rugalmas anyagot és a HP Multi Jet Fusion printereit használták hozzá. A nyomatokat „gőzpolírozás” nevű eljárással dolgozták meg, az biztosítja az alkatrész tökéletes fényét.

Mivel egy járműbe két ilyen darab kell, 30 ezer Tahoe esetében 60 ezer nyomatra volt szükség. A GKN Additive Forecast 3D öt hét alatt mindet leszállította. Kevesebb mint feleannyi idő alatt készültek el velük, mintha fröccsöntéssel dolgoztak volna.

A technológiát nem most használták először az autógyártásban, a szektorban viszont ez az egyik legnagyobb volumenű alkalmazása eddig.

A nukleárisenergia-termeléssel – üzemanyag-ellátással, tervezéssel, kivitelezéssel, karbantartással, atomerőművek ellenőrzésével – foglalkozó, Cranberry Township (Pennsylvania állam) székhelyű Westinghouse két Északi Forróvizes Reaktor (BWR) egységben, a finnországi Olkihnoto 2-ben és a svédországi Oskarshamn 3-ban nyomtatott nukleárisüzemanyag-törmelék szűrőt telepített.

A telepítések egyértelmű célja a reaktorok üzembiztosságának további növelése.

A Westinghouse 130 éves története újítások hosszú sorozata. Az alapító, George Westinghouse hozta kereskedelmi forgalomba a váltóáramot, amellyel egyszer, s mindenkorra megváltoztatta az elektromos szolgáltatásokat. A nagyvállalat építette a világ első kereskedelmi célú nyomás alatt álló vízreaktorát. Ma 430 atomreaktor használja a Westinghouse technológiáját.

A StrongHold AM szűrőket a létesítmények működtetőivel közösen hozták létre. Teljes egészükben 3D nyomtatással készültek, továbbfejlesztették a rögzítési funkcióikat, hogy megakadályozzák törmelékek bejutását az üzemanyagcellába, amellyel potenciálisan károsíthatják burkolatot. Ezek a károk nem tervezett és igen költséges leállásokat okozhatnak, az így felmerülő biztonsági kockázatok szükségtelen pluszkiadásokkal járnak.

A károk csökkentése értelemszerűen nagyon pozitív hatással van a reaktorok működésére.

Az üzemeltetők elmondták, hogy felbecsülhetetlen tapasztalatokat gyűjthetnek nyomtatott fémalkatrészek használatáról. Szerintük ezek a tapasztalatok a jövőben egyre fontosabbak lesznek.

Szintén kiemelték a partnerek jelentőségét, növelni akarják a számukat. Az additív gyártással termékei lehetőségeit növelő Westinghouse pont ilyen együttműködő partner.

Mivel kategóriájában a StrongHold AM installálása világpremiernek számít, az additív gyártótechnológiával történő kivitelezés fontos lépés a még biztonságosabb és megbízhatóbb BWR-ek felé vezető úton.

Az 1985-ben alapított, Michigan állambeli Troy-székhelyű Altair a globális számítástudomány és a mesterségesintelligencia-fejlesztések egyik meghatározó szereplője. Szimulációs technikákkal, tervek szintézisével és optimalizálásával, üzleti folyamatokkal és döntéshozással foglalkoznak, szoftveres és felhőszámítás-megoldásokat kínálnak több területen. Huszonkét országban kétezernél több személyt alkalmaznak.

Nemrég jelentették be a 2018-ban, az angol Bath Egyetem kutatói által alapított, additívgyártás-programokat fejlesztő Gen3D startup felvásárlását.

A Gen3D a nagyon komplex geometriákat, például rácsszerkezeteket leíró implicit mértani módszer implementálásának egyik úttörője. Következőgenerációs modellező technikáikkal implicit módon dolgoznak ki bonyolult formákat. Ezek a formák nem vagy csak nagy nehezen valósíthatók meg hagyományos módszerekkel. A Gen3D programja lehetővé teszi a nyomatok funkcionális követelményeinek az adott nyomatra érvényes specifikációját. Automatikusan kiszűri a potenciális gyártási problémákat okozó komponenseket.

A generatív módszernek köszönhetően, mérnökök gyorsan létre tudnak hozni összetett terveket, miközben a nyomtatási hibák kockázata a minimumra csökkent. A programot olyan alkalmazásokban hasznosítják, mint a légjármű- és a járműipar, gyártás, medicina, energetika.

Az Altair vezetősége elégedett.

„Ez a masszív technológia segít szervezeteknek a kihívások kezelésében. Mély ipari ismeretekkel és tapasztalatokkal rendelkeznek, amelyek remekül hasznosíthatók a 3D nyomtatásiparban: generatív tervezés, topológia-optimalizálás, rácsszerkezetek generálása” – nyilatkozta James R. Scapa alapító-vezérigazgató.

A technológiát az Altair Inspire szoftvercsaládba integrálják. 

Az utóbbi években az USA-ban és más országokban is sajnos egyre gyakoribbak az erdőtüzek, az Egyesült Államokban korábban soha nem volt annyi, és nem pusztítottak el akkora területet, mint 2021-ben.

A tűzvészeket megakadályozandó, a tűzoltók munkáját egyre innovatívabb technológiák segítik. Amikor kitör egy, fontos, hogy jól átlássák a helyzetet. Gyorsan oda kell érni, és ez csak speciális, a tüzet egész közelről figyelő, kiterjedését vizsgáló drónokkal lehetséges. A kereskedelmi forgalomban beszerezhető mai gépek nem felelnek meg ezeknek a feltételeknek, anyaguk és technikai felszerelésük nem elegendő a nagyon magas hőmérséklethez.

Itt jön képbe az Axle Box, amely 3D nyomtatással erősebb, gyorsabb tűzbiztos drónokat készít olcsóbban. A megfelelő technológiát és anyagokat kutatva, a cég mérnökei megismerkedtek a texasi Essentium tevékenységével.

„A tűzszezonra készülő szakembereknek fürge távirányított drónokra van szükségük, hogy az urbánus területektől a rurális sivatagokig, bármilyen környezetben átláthassák a bajt. Nagyon örülünk, hogy az Axel Box választása a mi 3D platformunkra esett, amely lehetővé teszi extrém hőséget bíró, masszív szerkezetű drónok fejlesztését” – magyarázza Blake Teipel, az Essentium vezérigazgatója.

Az anyag kiválasztásánál a nagyon magas hőmérsékletet tűrő, 25 százalékos szénrosttal megerősített nejlon mellett döntöttek. Az anyagot a drón közepén és az oldalburkolatoknál használják. Így lehetséges, hogy az ember nélküli légi jármű, alakját megtartva, működőképes maradjon tűzközelben.

Az anyag nemcsak remekül bírja a magas hőmérsékletet, hanem arra is garancia, hogy a felhasználásával készülő drón egyszerre robusztus és könnyű, kritikus alkatrészei pedig megfelelnek a szigorú repülési és biztonsági szabályozásnak.

A printeléshez az Essentium HSE nyomtatóját használják. A printer kettős extrudáló rendszerrel és saját fejlesztésű nyomtatószálakkal (filament) működik.

Madison Jones, at Axle Box additívgyártás-részlegének vezetője szerint a HSE printer gyorsasága, precizitása és gazdaságossága, valamint az Essentium nyomtatószálai megváltoztatják a dróntervezést és -fejlesztést. A tervezéstől a gyártásig tartó idő négy hétre redukálódik, egy-egy új alkatrészt órák alatt képesek kinyomtatni.

Egyelőre nem tudni, hogy a drónokat mikor lehet bevetni, a megfelelő anyag és technológia viszont már megvan, tehát valószínűleg hamarosan.

Az IDTechEx idén közzétett egy anyagot a fémnyomtatás állapotáról, jövőjéről. A világpiac fokozatosan bővül, tíz év múlva elérheti a 18,5 milliárd dollárt – állapították meg. A növekedés mellett, annak jobb megértéséhez a különféle gyártóeljárásokat szintén tanulmányozták. Vizsgálatukkal igyekeztek értelmezni a jelenlegi trendeket, és előrevetíteni a jövőt.

Melyik technológia a leghatékonyabb?

Tizennégyet, köztük jól (binder jetting, irányított energialerakódás – DED –, extrudálás) és kevésbé ismerteket (elektrokémiai lerakódás, hidegfúvás) elemeztek és hasonlítottak össze. Erősségeik és gyenge pontjaik kimutatásához olyan szempontokat vetettek egybe, mint a nyomtatásméret/mennyiség, pontosság, gép- és anyagár, szükséges utófeldolgozás.

Az árra és a gyártható mennyiségre, méretre a felhasználók különösen odafigyelnek. A fémporok magas ára az egyik akadálya a technológia gyors elterjedésének, sok cég egyszerűen nem engedheti meg magának a használatukat. Pedig ma már nagyon sok fémport kínálnak a piacon. Az extrudáló technikák segíthetnek, például létezik már két nyersanyagot kombináló, árcsökkentő megoldás, nyomtatásukra alkalmas printer. Az FDM/FFF gépek fejlesztői is egyre gyakrabban állnak elő fémnyomtatás-lehetőségekkel.

Egyes folyamatok hagyományosan inkább nyersanyag-, mint fémpor-alapúak: DED, homokporos megkötés stb. Legnagyobb hátrányuk a printerek magas ára, ezek a legdrágább nyomtatók. Az extrudálás jóval gazdaságosabb opció.

A mennyiséget, méreteket illetően bő a választék. Kisebb részekhez tökéletes a lézeres olvasztás, nagyobbakhoz a hidegfúvás. A trend bíztató, az alkalmazások száma nő – többen használják a fémnyomtatást.

Az ideális megoldás a relatíve olcsó fémnyomtató és szintén olcsó nyersanyagok, valamint a nagyobb méretű nyomatok kombinációja lenne. A ma nagyobb méretű fémtárgyakat nyomtató gépek többmillió dollárba kerülnek, viszonylag alacsony áron kb. 500 ezer dollárt értünk… Ráadásul a nyomtatási felület minősége és a szakítószilárdság, mint két meghatározó szempont, sok esetben kiölik egymást, a gyártó valamelyiket a másik rovására részesíti előnyben.

Egyértelműen meg kell találni a gyártás gyorsasága és a felbontás egyensúlyát. Ez a kettő összekombinálásával kivitelezhető, amit persze sokkal könnyebb leírni, mint megvalósítani. Egyes polimeres folyamatoknál mégis sikerült, és a fémgyártásban is ugyanez a cél.

Európában nagyon gyorsan fejlődik a 3D nyomtatás, sok a szabadalom, pörög a szakma. A technológiának azonban vannak árnyoldalai is. Az Európai Rendőrhatóság, az Europol aggódik, mert az utóbbi években egyre több nyomtatott fegyvert koboztak el a kontinensen.

Múlt héten Hágában konferenciát tartottak a témában, 120-nál többen – büntetés-végrehajtási, ballisztikai szakemberek, igazságügyi orvos-szakértők, törvényhozók – vettek részt rajta.

„A 3D nyomtatással készült fegyverek veszélye az Europol radarjában van” – jelentette ki Martin van der Meijl, a hatóság egyik vezető beosztású alkalmazottja.

2019-ben, a németországi Halléban egy támadó két személyt lőtt agyon házi készítésű fegyverrel. A fegyver tervrajzát, amely alapján nyomtatható, az internetről töltötte le.

A spanyol rendőrség tavaly – először – számolt fel egy, printelt fegyverekkel foglalkozó workshopot, Tenerife szigetén. Szintén tavaly, két férfit és egy nőt szélsőjobboldali terrorizmus miatti nyomozás során azért tartóztattak le az angliai Keighley-ben, mert nyomtatott fegyver-alkatrészeket találtak náluk.

„Egy ilyen kihívás csak a különféle, bűnüldözési, magánszektorbeli, akadémiai szakértelmek, erőforrásaink összekombinálásával kezelhető, csak így akadályozhatjuk meg ezeknek a fegyvereknek az utcára kerülését” – magyarázza Van der Meijl.

A konferencia után az Europol nemzetközi nyomtatott tűzfegyver-szakértői hálózat létrehozását jelentette be. A hálózat rendeltetése, hogy a bűnüldözés lépést tartson a fegyvernyomtatás fejlődésével.

A fegyveekrhez való pofonegyszerű hozzáférésről hírhedt USA tavaly egy jogi hézag megszüntetésével nehezítette meg nyomtatott fegyverek használatát, nemrég pedig a nyomatok visszakeresésében, a printerek azonosításában hatékony mesterségesintelligencia-megoldást dolgoztak ki.

Az angliai Bath Egyetem kutatói kidolgozták, hogy a népszerű nyomtatóanyag, a PLA, azaz a politejsav hogyan válhat biológiailag még bomlóbbá. Arra jöttek rá, hogy ha cukorrészecskéket tesznek polimerekbe, UV fény hatására könnyebben lebomlik a PLA.

Az eredmények egybevágnak az utóbbi esztendők 3D nyomtatásának egyik markáns trendjével – a környezettudatossági szempontokat előtérbe helyező vállalatok folyamatosan azon dolgoznak, hogy a műanyagot egyszerűbb legyen újrahasznosítani, jobban menjen a bomlási folyamat.

PLA-t a cukor fermentációjából származó tejsav felhasználásával állítanak elő. Mivel természetes eredetű, általában újrahasznosíthatónak, fenntarthatóbbnak, a nyersolajból készült műanyagok alternatívájának tartják. Az additív gyártásban sokféleképpen használható fel.

Biológiailag lebomló anyagnak is címkézik, ami nem feltétlenül igaz. Ipari szintű komposztáló feltételek között, magas hőmérsékleten és megfelelő páratartalom mellett tényleg lebomlik, természetes környezetben viszont csak korlátozott mértékben. Ha például otthon akarjuk komposztálni, évekig eltarthat a bomlási folyamat.

Úgy tűnik, a bathi kutatók rájöttek a megoldásra. A PLA még természetes feltételek mellett is lebomlik, ha különböző mennyiségű cukormolekulákat tesznek a polimerbe. Cukor hozzáadásával a műanyag a hidrolízisre érzékenyebb, kisebb polimerláncokra törik, és így a PLA a természetben, például óceánokban vagy kerti komposztálókban is lebomlik.

Ha csak három százalék a cukorpolimer a PLA-ben, az UV fénynek kitett anyag negyven százaléka hat óra alatt lebomlik. Mivel a technológia kompatibilis meglévő gyártóeljárásokkal, hamar és átállási problémák nélkül elterjedhet.

A kutatók bizakodnak, és további tesztekre készülnek, például napfény mellett is vizsgálnák a bomlást. Használat közben erős, de ha lehetetlen az újrahasznosítás, akkor könnyen törő műanyagban gondolkoznak. Technikájuk sokat segíthet ebben.