FREEDEE BLOG

Űrkutatás és 3D nyomtatás egyre több szálon és egyre szorosabban kapcsolódnak össze. Jelenleg a „fent” gyártott tárgyakat tanulmányozásra vissza kell juttatni a Földre, amellyel egyrészt jelentősen nőnek az anyagi költségek, másrészt időigényes is.

Ezen az állapoton mindenképpen változtatni kell, amit persze könnyű kimondani, viszont annál bonyolultabb megvalósítani.

A helyszínem való kutatáshoz, például a kristálygyártás ideális paramétereinek kidolgozásához műholdas laboratórium kell, rengeteg műszerrel. A költségeket többek között a szállítás és a folyamatos áramellátás is jelentősen növeli.

Legracionálisabbnak a helyi lehetőségek kihasználása tűnik. Mikrogravitációs környezetben például minimalizálható az esetleg mérgező vagy nagyon meleg stb. tesztelendő anyagokkal való műszeres (és persze emberi) érintkezés.

Nemzetközi űrügynökségek komolyan tanulmányozzák a gyors prototípuskészítő technológiák mikrogravitációban történő használatát. A jelenleg futó projektekben műholdas és űrmissziók során egyaránt tesztelnek 3D nyomtatókat.

A NASA FFF technológiával dolgozik a Nemzetközi Űrállomáson (ISS). Az Európai Űrügynökség (ESA) AMAZE projektje a hulladékveszteség nélküli fémgyártást oldaná meg.

A rezgések hiánya a rakéták indításakor leegyszerűsíti a saját tömegüket sokszor a földön sem bíró nyomtatott szerkezetek létrehozását. Másrészt ezek a rezgések nagyon erősek a mikrogravitációban, úgyhogy ezen a téren is komoly problémákat kell orvosolni.

Egy-egy űrmisszió során szabálytalan formájú objektumok, például vázszerkezetek vagy parabolikus antennatükrök 3D nyomtatással történő gyártására is elég idő áll rendelkezésre. A nyersanyagok kiválasztása viszont nagyon fontos, de egyben korlátozhatja is a lehetőségeket. Az űriparban széles körben használt Ti-6Al-4V titánötvözet helyett hatékonyabb lehet a morzsolódó titán-hidrid. A törött titánrészek elvileg hidrogénnel is kezelhetők. A meghibásodott részeket egyébként célszerűbb nyersanyagként újrahasznosítani, mint megvárni a következő szállítmányt.

Versenykerékpárosoknál a tömeg jelenti a legnagyobb különbséget. Jó hír, hogy a trevisoi kerékpárgyártó Pinarello új versenybringája, a Dogma F könnyű darab. Az olasz vállalat a belga 3DP specialista Materialise-zal közösen készítette, és az additív gyártásnak köszönhetően, az ülés nagyon fontos komponense, a nyeregcső bilincs tömege közel a felére csökkent.

Az iparágban minden gramm számít. Például hegymenetben, vagy ha viharos szél fúj, nagyon nem mindegy, hogy hány kiló a kerékpár. A Pinarello ezért a versenytársaknál könnyebb biciklit tervezett. A kivitelezéshez azonban nemcsak a tömeget kellett csökkenteni, hanem az alkatrészek és a költségek, minőség, gyártás tempója, gyártott termékek száma közötti egyensúlyt is optimalizálniuk kellett.

Hagyományos gyártással bőven túlmentek a nyeregcső bilincs óhajtott tömegén. A problémát orvosolandó, léptek kapcsolatba a fémnyomtatásban (is) otthonosan mozgó Materialise-zal. A munkákat a cég fémekre specializált brémai központjában végezték.

A tervek gyorsan mentek, a frissítésekhez – a klasszikus megoldásokkal ellentétben – sem új öntőformákra, sem CNC programozásra nem volt szükségük. Digitális terveken könnyű módosítani.

A Pinarelloval közösen végzett tervezés összes iterációjánál virtuális, szimulációs tesztekkel kezdték. Ügyelniük kellett arra, hogy az ülés minden esetben elbírja a kerékpáros tömegét. Következő lépésben a Pinarello utakon végzett fizikai, például fáradtságteszteket.

A tesztek mellett a kétezer darab időben – egy hónap leforgása alatt – történő gyártása szintén komoly kihívást jelentett. Könnyített a helyzeten, hogy segédanyagokra és manuális utómunkálatokra sem volt szükségük. Kialakították a gyártási időnek és az anyagnak (titánnak) megfelelő nyomtatási paramétereket, a munkafolyamatokat pedig az ősszel piacra kerülő Materialise Process Tuner finomhangolta. A programmal, az automatizációval a paraméterek gyorsabban, hónapok helyett hetek alatt beállíthatók, és a hibák száma is drasztikusan csökken.

A nyeregcső bilincs végül tökéletesre sikerült, a titándarab tömege 42,5 százalékkal kevesebb lett, mintha az eredetileg tervezett alumíniumból, hagyományos technikával készítették volna. A kétezer darab gyártása pedig mindössze három hétig tartott. Klasszikus eljárásokkal, a rendelések, az esetleges nyersanyaghiány stb. miatt hat-tizenkét hónapot vett volna igénybe.

3D nyomtatás nélkül egyre több iparágat azért nehéz ma már elképzelni, mert additív technológiákkal, a rugalmas tervek mellett, olcsóbb, gyorsabb és fenntarthatóbb a gyártás. A hajóipar is e területek közé tartozik.

A rotterdami kikötő egy új rakpartjánál telepítették a világ első nyomtatott acél hajócövekjeit, egész pontosan egy tizenkettes sorozat első hat darabját. A nyomatok a kikötői hatóság az infrastruktúrát megújítani hivatott programjához kapcsolódnak. A programmal a gyártás fenntarthatóságát akarják növelni, a rakpartoknál lévő új eszközök előállítását az innováció és a digitalizáció határozza meg.

A cövekek a kikötői hatóság és a helyi fémnyomtatás-specialista RAMLAB együttműködésének gyümölcsei. Nem ez az első közös munkájuk, korábban hajtócsavarokat és más alkatrészeket nyomtattak együtt.

A hajócövekeket hagyományosan acélöntéssel készítik. 3D nyomtatással felgyorsul, és a helyszínhez közelebb valósítható meg a gyártás. Ez a két tény önmagában növeli a fenntarthatóságot.

A tesztekből kiderült, hogy a printelt acél hajócövekek minősége legalább annyira jó, mint az öntötteké. A jövőben az eredeti formákat újratervezhetik, hogy a kész termékek még erősebbek és tartósabbak legyenek.

A kikötő a gyártóipari innovációt támogató RDM Rotterdam inkubátornak is otthont ad. A létesítményben diákok, üzleti közösségek és tudósok dolgoznak a jövőn. Szükség is van a megújulásra, amelyben a 3D nyomtatás fontos szerepet játszik.

A RAMLAB az RDM létesítményében drótíves additív gyártótechnikával (wire arc additive manufacturing, WAAM) printelte a hajócövekeket. A rétegek egymásra rakásánál robotok végezték a hegesztőmunkát.

„3D nyomtatással lehetővé válik a helyi és kívánság szerinti gyártás. 2017-ben készítettük el a világ első hitelesített nyomtatott hajtócsavarját. Az idei hajócövekek hasznos tesztül szolgáltak arra, hogy kisszériás termékek, az öntéssel és az alkatrészek Kínából történő importjával összehasonlítva, gyorsabban előállíthatók 3D nyomtatással” – jelentette ki Vincent Wegener, a RAMLAB egyik vezetője.

Az utóbbi néhány évben a muzeológia is felismerte a 3D nyomtatótechnológiákban rejlő lehetőségeket. Az ezen a területen megvalósított 3DP alkalmazások egyik legaktuálisabb példája a gdanski Borostyánmúzeum, ahol július 24-től Jakub Pastuszak helyi ipari tervező erősen retro hangulatú munkáit állítják ki.

A múzeum ezen a napon nyitotta meg új helyén, a frissen helyreállított 14. századi Nagy Malomban kapuit a látogatóknak. Kortárs művészetben és borostyánból készült történelmi műalkotásokban egymás mellett gyönyörködhetnek.

A művész ugyan nem borostyánkővel dolgozik, alkotásait viszont alaposan megihlette a megkövesedett gyanta. A múzeumban négy nyomtatott munkáját állította ki. Mindegyik emberek és tárgyak interakciójára összpontosít.

„Az élő anyaggal való kapcsolat hiánya kognitív disszonanciához vezet, és ez nem jó tervek kivitelezéséhez. A 3D nyomtatás segíthet annak a kockázatnak az elkerülésében, hogy a projektek a háromdimenziós elképzelések zárt gömbjében maradjanak” – magyarázza az additív gyártásban idő- és pénztakarékos alkotói eszközt látó Pastuszak. Ha a művészek nem használnák, munkáikhoz további (3DP) specialistákat kellene alkalmazniuk.

A kiállítás egyik nyomtatott darabja egy 17. századi mesterember 1:6 méretarányban elkészített szobája. Hagyományos technikákkal évekig dolgozhattak volna rajta, több nyersanyag kellett volna hozzá, és több is ment volna kárba. A 3DP technológia egyértelműen környezetbarátabb.

A múzeum ritkaságokat tartalmazó borostyánkő-szekrény, borostyánkőben talált negyvenmillió éves ősgyík másolat elkészítésével is megbízta az elképzeléseit az ottani szakértőkkel és 3D tervezőkkel kivitelező művészt. A nagyobb modelleket Zortrax printerekkel (LPD, LPD Plus), a részletesebbeket, például szobrokat, arcokat, kezeket, csillárokat, gyertyatartókat UV LCD nyomtatóval készítették el.

Előtte, a pontos 3D modellekhez alaposan tanulmányozták a 17-18. századi eredetieket, majd a printelés következett, aztán pedig az utómunkálatoknál a Zortrax Apollerrel megtisztították, fényesre csiszolták a nyomatokat.

Az additív gyártás terjedésével egyre több műanyag-tárgyat állítanak elő. A növekedés mellékhatásaként nő az olcsóbb, de a lehető legjobb minőséget biztosító megoldások iránti igény is.

A nyomtatást követő munkák nagyon fontosak egy termék előállításánál. Egyre többen foglalkoznak a folyamat leegyszerűsítésével, automatizálásával.

Felületek minőségi befejezése bonyolult geometriájú darabok esetében különösen problémás, komoly kihívásokkal jár. Optimalizált nyomtatási módszerekkel kombinálva azonban az új eljárásokkal még ezekben a problémás esetekben is jó végeredmény érhető el.   

A német AM Solutions új módszert dolgozott ki termoplasztikus anyagokból porágyas eljárással készült nyomatok utómunkálataihoz. A biztonságos és költséghatékony eljárással különböző méretű és formájú tárgyak egyetlen munkafolyamatban, megismételhető eredménnyel dolgozhatók meg. Nincs közben szükség az eddigi időigényes és drága változtatásokra.

A nyomtatási ismeretek és az új eljárás együtt tökéletesebb és homogénebb felületeket eredményez. Bizonyos esetekben az érdesség akár négy óra leforgása alatt az ötödére csökkenthető.

Több eddigi változtatásra vagy a pontos feldolgozó szakaszok megtartására sincs már szükség, amivel komoly összegek takaríthatók meg. De a pénz az éremnek csak az egyik oldala. A másik, hogy a munka stabilabbá, biztonságosabbá válik, például kerámianyomatok is garantáltam tartósabbak.

„Az új megoldást több folyamatot végig próbálva dolgoztuk ki. Az új termékkel nyomatok szerteágazó választéka dolgozható meg. Mindegy, hogy kicsi és érzékeny, vagy nagy darabokról van szó, mindig homogén és konzisztens tárgy az eredmény” – nyilatkozta Christoph Bätz, a projekt egyik vezetője.

A 3D nyomtatás építőipari térhódítását elsősorban és leglátványosabban printelt épületek, lakóházak szemléltetik, de a technológia szakterületi alkalmazása nem merül ki ennyiben.

Printerekkel munkaeszközök, szerszám-alkatrészek is készíthetők. Az egyik szakterületi „klasszikus”, a daruhorog is. A kereslet különösen az egyre szigorúbb biztonsági előírások miatt folyamatosan nő, a horognyomtatásnál nem meglepő módon, ez az egyik legfontosabb szempont.

Az 1929-ben alapított, az olaj- és gáz-, természetesen az építőiparnak, valamint az újrahasznosítható energiaszektornak beszállító, e minőségében világelső, technikai megoldásokkal, főként nehézeszközök gyártásával és a kapcsolódó szolgáltatásokkal foglalkozó cseh Huisman számára a biztonsági feltételek teljesítése nem jelentett problémát – négy daruhorgot gyártottak, majd teszteltek sikeresen. A horgok meglepően nehéz, akár 350 tonnányi tárgyakat is fel tudnak emelni. A tanúsítványt független és elismert szervezet, a Lloyd’s Register adta ki.

A vállalat portfoliójában darukat, csővezeték-felszereléseket, fúróberendezéseket, csörlőket, hajóépítéshez és más, speciális projektekhez használható eszközöket kínál.

A fémdrótokat nyersanyagként, a rétegek olvasztásához hőforrásként hegesztést használó drótíves additív gyártás (wire arc additive manufacturing, WAAM) az alap. Ezzel a technikával nagyméretű és kiváló minőségű darabok készíthetők szilárd acélból.

„Öt év kutatásfejlesztés, nyomtatott termékek tesztelése után megfelelő szakértelemmel rendelkezünk ahhoz, hogy innovatív módszerrel gyártsunk kiváló minőségű daruhorgokat” – jelentette ki Daniel Bilek projektkoordinátor.

A horgok mérete figyelemreméltó: 350 tonna megmozgatása mellett, darabonként 170x130 centisek, tömegük 1700 kilogramm. Szilárdak, de relatíve rugalmasak, kopásnak és korróziónak egyaránt ellenállnak.

A 3D nyomtatás kísérleti technológiából, óriási médiafelhajtással kísért kuriózumból nagyon hamar iparrá vált, és míg korábban – a prototípuskészítés mellett – a fogyasztói termékeken volt a hangsúly, mára már az indusztriális alkalmazások a fejlődés legfőbb hajtóerői. Míg akár csak öt-hat éve is, a szaksajtó gyakrabban írt egy 3DP-vel megmentett kutyusról, cicáról, addig ma inkább fémporokról, anyagok szakítószilárdságáról, különleges gyártási technológiákról és folyamatokról cikkez a média.

Megszoktuk, hogy a 3DP-t additív gyártásként is emlegetjük, amit az additive manufacturing alapján AM-nek rövidítünk. Ritka esetekben, például az Airbus additív réteggyártás eljárása esetén ALM-et (additive layer manufacturing) használtunk, de az AM volt a mindenki számára érthető rövidítés.

A gyártás viszont előbb-utóbb tömegtermeléssé válik, máskülönben soha nem lesz mainstream. A technológiát egyre gyakrabban használják nagymennyiségű nyomat közvetlen, digitális előállítására. Természetesen egyedi, kisszériás printek, prototípusok is készülnek, de lassan az „igazi” gyártás lesz a meghatározó.

Új kifejezéseket kell keresnünk, és a 3D Printing Media Network meg is tette; digitális additív tömegtermelésről beszélnek, DAMP (digital additive mass production) a rövidítése. Szerintük azért jó, mert benne van az AM, másrészt a tömegtermelésre is utal.

A „gyártás” és a „termelés” szavak együttes használata viszont teljesen felesleges. A jövő additív gyártása ugyanis elsősorban nem a „gyártásról”, hanem „termelési” munkafolyamatokról szól, ráadásul az új rövidítésben az „additív tömegtermelés” (AMP) is benne van – érvel a 3D Printing Media Network.

A „digitális” legalább annyira fontos, mint az „additív” – additív technikákkal, digitalizálás nélkül is készülnek tárgyak, például Lego-kockák, a 3D-nyomatok alapjai viszont mindig digitálisak, CAD-tervekből, modellekből lesznek fizikai nyomatok, másrészt, az elő- és utómunkálatokra is kiterjedő digitalizáció nélkül nincs automatizáció, márpedig automatizáció nélkül nincs ipar 4.0, negyedik ipari forradalom vagy 4D nyomtatás. Minél teljesebb az automatizáció, annál közelebb járunk a jövő mesterséges intelligenciákkal, robotokkal, virtuális valósággal, remélhetőleg kvantumszámítógépekkel és egyelőre még nem ismert technológiákkal támogatott additív tömegtermeléséhez.

A 3D nyomtatással a tömegtermelés jelentése is megváltozott. Rövidebb idő alatt személyre szabottabb termékek készülnek el. Már nem többmillió teljesen egyforma, hanem hasonló, de egyedibb darabokról van szó.

A floridai Sintavia a fémalapú additív gyártás egyik vezetőcége, kritikus iparágak, például a védelmi, a légjármű-, az autóipar, az olaj- és természetes gáz-feldolgozás meghatározó beszállítója.

A cég fémrészek minőségi gyártásának, gyártási paraméterek optimalizálásának, a meglévő iparági szabványokon túlmutató megoldásoknak az egyik legismertebb specialistája. Többek között újgenerációs repülő- és indítóállomás-komponenseket terveznek, nyomtatnak.

Legutóbb a NASA és űrrepülésekkel foglalkozó magáncégek által legjobban kedvelt rézből dolgoztak ki ötvözetet (GRCop-42) és nyomtatótechnológiát. A technológiát rakéták komponenseihez használják, különlegességét többek között a saját paramétersor és a hővel történő utómunkálatok egyedi kombinációja jelenti.

Az EOS M400-4 nyomtatójával alakították ki, a GRCop-42 sűrűsége 99,94 százalék, elképesztő a minimális szakítószilárdsága, és a 32,4 százalékos nyúlás is kiemelkedő.

Nagyon fontos, hogy a technológiával elkerülhetők az utómunkálatok során gyakran tapasztalt kellemetlenségek, amellyel a gyártás egyszerűbbé válik, költsége és ideje egyaránt csökken.

A bejelentés azért meglepő, mert a vállalat most beszélt először nyilvánosan folyamatban lévő anyagfejlesztési munkáiról.

„Vállalatként egyedi helyzetben vagyunk ahhoz, hogy költséghatékonyan és kiváló mechanikai tulajdonságokat kidolgozva, aknázzuk ki a nehéz anyagokban rejlő nyomtatási potenciált. Az a tény, hogy az additív gyártás számára minden jel szerint nehéz fémnek számító GRCop-42-vel ilyen szintű teljesítményt értünk el, tovább erősíti a Sintavia világelső pozícióját a légi-, az űr- és a védelmi ipari additív gyártásban ” – jelentette ki Pavlo Earle, a Sintavia mérnöki csoportjának alelnöke.

Earle azt is elmondta, hogy jelenleg más anyagok, köztük tűzálló ötvözetek e három iparágban történő alkalmazásaihoz dolgoznak ki szabványokat.

Az Elon Musk által 2002-ben alapított SpaceX több űrhajózási mérföldkővel írta be nevét a történelemkönyvek lapjaira, és vált világhírűvé.

A Falcon rakétákat, a Dragon űrhajót és a Starship rakétarendszert jegyző cég a kezdetektől az űrhajózás költségeinek leszorításán, a Mars gyarmatosításának és a bolygóközi élet feltételeinek megteremtésén dolgozik.

Az első magántőkéből megvalósult folyékony üzemanyagú rakétaként, a Falcon 1 érte el a világűrt. Első magáncégként, a SpaceX 2010-ben saját fejlesztésű űrhajót – a Dragont – állított Föld körüli pályára, majd juttatott vissza a bolygóra. 2012 májusában, ismét első magáncégként, űrhajót küldött a Nemzetközi Űrállomásra (ISS). Falcon 9 rakétájuk sikeresen repült és landolt, állított Föld körüli pályára műholdat.

A NASA-val személyszállításra alkalmas űrhajó fejlesztésére kötöttek szerződést, és a folyamatban lévő Starlink projekt, a közvetlen elérésű globális műholdas internetszolgáltatás szintén a SpaceX nevéhez fűződik.

Musk cége eddig is használt 3D nyomtatókat, most viszont additív gyártótevékenységük szignifikáns mértékű, gyors bővítése mellett döntöttek. A döntés szellemében a mérnöki fejlesztéseket és a 3DP csapatot, a gyártóhardver beszerzését, kiszállítását irányító AM menedzsert keresnek.

Az additív gyártást egyre markánsabban használják az űriparban, a tendencia évről évre erősödik. A SpaceX összes üzemében növelni akarja a technológia alkalmazását. A leendő menedzsernek módszereket kell kidolgoznia a gyártófolyamatok javítására, módosítania kell a fejlesztési stratégiákon, és persze a cég jelenlegi célkitűzéseinek bővítését is elvárják tőle.

Ütemezés-optimalizálás, jobb végtermékek, minőségi hibák megszüntetése, árcsökkenés, gyors utófeldolgozás, szakemberek mentorálása, technikai specialisták által vezetett biztonsági kezdeményezések – kb. „csak” ennyit kellene még megvalósítania.

Egyre több nagyvállalat második negyedéves jelentését megismerve, úgy tűnik, hogy a 3D nyomtatás 2021-ben sokkal jobb évet zár, mint 2020-ban, amiben egyébként semmi meglepő nincs, hiszen a 2020-ra prognosztizált számokat teljesen felülírta a koronavírus járvány.

A járvány ugyan nem ért véget, de biztosra vehetjük, hogy a Covid-19 elleni világméretű küzdelemben fontos szerepet játszó additívgyártó-szektor nemcsak szerencsésen túlvészelte, hanem növekedési pályára is lépett.

A számok soha nem hazudnak, és a mostaniak kifejezetten pozitívak, bizakodásra adnak okot. Ez a bizakodás olvasható ki a Massachusetts állambeli Markforged második negyedéves adataiból is.   

A New Yorki tőzsdén július 15-én bemutatkozott vállalat, 2020 azonos periódusával összehasonlítva, 44,1 százalékkal növelte a bevételeit. Míg egy éve ilyenkor 14,2 millió dollárról, addig az idei év második negyedévében 20,4 millióról számoltak be.

A bruttó nyereségben (az eladott bevételnek az eladott áruk költségeinek csökkentése után maradt összege) még nagyobb, 60 százalék a különbség, 7,5 millió dollár után most 11,9 millió.

A 2013-ban alapított Markforged 3D fém- és kompozitalapú ipari nyomtatóival forradalmasította a piacot, gépeivel erős anyagokból álló és tényleg funkcionális, ellenálló alkatrészek hozhatók létre. Az USA második leggyorsabban növekvő hardvercége, a világ legnagyobb ipari 3DP platformját, a Digital Forge-ot üzemeltető vállalat az anyagfejlesztésben is élen jár.

Az idei második negyedévben olyan kulcstermékeket indítottak be, mint a Metal X Gen 2, az FX20, a Next Day Metal és az X7 Field Edition. A cég magyarországi forgalmazója a FreeDee Printing Solutions.