FREEDEE BLOG

Az amerikai hadsereg egyre gyakrabban használja ki a 3D nyomtatás adta lehetőségeket. Ezúttal a tengerészgyalogsági parancsnokság additív gyártásra szakosodott részlege segített egy kormánykereket eltávolító fémeszköz printelésében. A munkában ipari partnerek és egy, ellátásért felelős zászlóalj is részt vettek.

Az új eszközzel a tengerészgyalogosok rutinszerű karbantartás során is képesek kiszedni a meghibásodott kormánykereket. További kárt nem okoznak benne, és a járművet sem kell kivonni a forgalomból.

Furcsának tűnhet, de alapvető karbantartási munkálatok közben elég gyakran kell hozzányúlniuk kormánykerekekhez. Eddig klasszikus megoldással, csúszó kalapáccsal oldották meg a problémát. Komoly nyomást kellett kifejteniük, és a kormánykerék sokszor megrongálódott közben. A hibás részt meg kellett rendelniük, és a járművet nagyjából huszonöt napig kivonták a forgalomból.

A frusztrált Kyle Owens őrmester, a haditengerészet egyik logisztikai csoportjának műszaki szakértője és egységének innovációs vezetője úgy döntöttek, hogy más megoldás után néznek, és 3D nyomtatással megtervezték a csúszó kalapácsot helyettesítő eszköz prototípusát.

Owens egyébként már 2012-ben próbálkozott valami hasonlóval, de nem lett belőle semmi, ötletét csak most sikerült megvalósítania, kitüntetést is kapott érte.

Az első darabokat polimerből készítették, mivel a haditengerészet legtöbb printere műanyag-alapú. Mihelyst minden (forma, funkció stb.) passzolt, a végső prototípushoz már fémnyomtatást használtak.

A nyomtatásra kész tervet elfogadták, bekerült a haditengerészet digitális leltárába. Jelenleg ötszáznál több pótalkatrész-terv található ebben az adatbázisban. Ha bármelyik egységet érdekli valamelyik, saját printerén is kinyomtathatja. A technológia nem véletlenül egyre népszerűbb az amerikai hadseregben: olcsóbb, rugalmasabb és gyorsabb, mint a hagyományos megoldások, ráadásul „menet közben”, terepen is alkalmazható.

A 3D nyomtatás és a világűr románcából több izgalmas projekt született már. Printeltek már űrhajó-alkatrészeket, speciális nyomtató dolgozik a Nemzetközi Űrállomáson, a Hold és a Mars sokak fantáziáját megihlette, az ottani emberi jelenlétet általában additív gyártással és helyi anyagokból készült különleges épületekben képzelik el.

A Hold jóindulattal sem nevezhető egyszerű környezetnek, a Mars viszont végképp nem az. Ennek ellenére egyre több terv lát napvilágot, hogy hogyan jusson el az ember a vörös bolygóra. Már eljutni is hihetetlenül bonyolult lesz, ha belátható időn belül sikerül egyáltalán, és nemcsak Elon Musk álmodozik róla, belakása viszont az utazásnál is jóval nagyobb kihívás.

A marsi időjárási és atmoszférikus viszonyok finoman fogalmazva sem kedvezőek a Homo sapiensnek. De mi szükséges, milyen épületekben kell lakni és milyen infrastruktúra nélkülözhetetlen ahhoz, hogy az ember túlélhessen a mostoha környezetben?

A Mars kolonializálása, benépesítése sokak fantáziáját megmozgatja, a NASA is kiírt már jó pár pályázatot. A 3D nyomtatás a legváltozatosabb elképzelések visszatérő eleme.

A hollandiai Delfti Műszaki Egyetem Robotépítő Laboratóriumában különleges robotokat terveznek, ők építenék az ember hangyatelep-szerű földalatti lakóterét a Marson. Az évek óta fejlesztett, Zebro nevű gépek mélyre ásnának, fúrnának, a falakat pedig 3D nyomtatótechnológiával dolgoznák ki. (2022-ben hasonló robotokat küldenek a Holdra is.)

A nano terepjáró-gépeket kifejezetten a bolygó különleges közegére tervezik, ők fognak majd földalatti alagutakat is vájni. Lábaikat szabálytalan, összevissza, sziklákkal, kövekkel teli környezetben történő mozgásra alakították ki. A robotok egyedül, autonóm módban, de csoportosan, rajintelligencia-szerűen is működtethetők.

Kommunikálnak egymással, feladatokat osztanak ki és koordinálnak egymás között. Az egyik például alagutat fúr, míg a másik nyomtatott szerkezetekkel erősíti meg a falakat. És ha a föld alatt dolgoznak, a brutális hőmérsékletingadozásokat sem érzik.

A labort alapító és vezető Henriette Bier szerint kulcsfontosságú, hogy a Marson található, hozzáférhető nyersanyagokat használjanak. Cementet helyi porokból és sziklákból fognak előállítani.

A projektet az Európai Űrügynökség, az ESA támogatja.

A topológia-optimalizálás néven is ismert generatív tervezést előszeretettel alkalmazzák a 3D nyomtatáshoz. A célorientált megoldás inputként több megvalósítandó elképzelés paramétereit használja: a nyomat teljesítményét, térbeli megszorításokat, anyagot, gyártóeljárást, pénzügyi korlátokat.

Ezek a szoftverek először a nyomatra vonatkozó összes lehetséges iterációt vizsgálják, az algoritmusok az optimális topológia kiválasztásával és a mechanikus teljesítmény maximalizálásával a gyártási és az anyagköltségeket egyaránt csökkentik.

Az egyik legismertebb generatív tervezőszoftver az Autodesk Fusion 360-jának 2018-ban bemutatott generatív kiterjesztése. A legnagyobb problémája az ára volt, az évi 8 ezer dollárt csak nagy mérnök- és gyártócégek engedhették meg maguknak.

A vállalat a napokban bejelentette, hogy a vásárlók mostantól vagy havi 200, vagy évi 1600 dollárért korlátlanul hozzáférhetnek. A drasztikus áreséssel minden bizonnyal jelentősen bővül a felhasználói kör. (Az előfizetéses modell mellé az Autodesk projektalapon úgynevezett felhőkrediteket is kínál jutányos áron.)

A szoftvert 2018 óta többször frissítették, most már speciális költségbecslő kiegészítéssel is rendelkezik. Több ipari kliensük használja additívgyártás-projektekhez.

Egyikük a kerékpárgyártó SRAM geometriailag optimalizált alkatrészeket tervez vele. Generatív módszerrel kidolgozott hajtókaruk kétszer erősebb, viszont 20 százalékkal könnyebb a korábbinál. A légjármű-ipari óriás Airbus szintén használja az Autodesk szoftverét, szerkezeti részeket printeltek a programmal kivitelezett terv alapján.

Természetesen nem ez az egyetlen topológia-optimalizáló program. A Stratasys és az nTopology generatív modullal egészítették ki a kifejezetten a 3D nyomtatás áramvonalasítására kitalált tervezésautomatizáló szoftverüket. A belgiumi Liége Egyetemen és a hollandiai Delfti Műszaki Egyetemen nagyméretű nyomatokhoz fejlesztettek generatív megoldásokat.

Az elmúlt évek szignifikáns változásai ellenére még mindig aránytalanul kevés nő dolgozik az úgynevezett STEM területeken, azaz tudományos, technológiai, mérnöki és matematikusi munkakörökben, illetve a globális techszektor vezető pozícióiban. Az 1970-es alig 8 százalék után ugyan jól hangzik a 2019-es 27, de az alulreprezentáltság megmaradt, csak a mértéke csökkent.

A New York City székhelyű MakerGirl több oktatási programmal igyekszik változtatni ezen az állapoton, próbálja megszüntetni a nemek közötti szakadékot (gender gap). Legutóbb az additív gyártással foglalkozó PrintParts vállalattal dolgoztak ki izgalmas 3DP programokat, hogy fiatal lányok megismerkedjenek a technológiával.

Nyáron kétszintes oktatást kínálnak. Az első virtuális és bevezető jellegű, a második egyhetes workshop, táborban.

2020-ban a járvány miatt elterjedt a távoktatás. A MakerGirl sikeresen talált ki, adaptált programokat az online térre, a korábbiakhoz képest nőtt is a résztvevő lányok száma, 93 órán 28 szövetségi állam és az USA-n kívüli három másik ország 566 érdeklődője volt jelen. Idén az ezret tűzték ki célul; a képzés pedig teljesen ingyenes.

Mary Hadley, a MakerGirl vezérigazgatója elmondta, hogy a szokatlan helyzet ellenére, valóban sikeres volt az átmenet, a legváltozatosabb hátterű lányokat és mezőgazdasági régiókat is elértek.

A manhattani PrintParts on-demand prototípuskészítés, kisszériás gyártás, próbaminták előállítása mellett tervezési tanácsadást és minőségbiztosítási szolgáltatásokat is kínál. Többféle 3DP technikára (DLP, FFF, SLA) specializálódtak, kompozitokkal, termoplasztikus anyagokkal egyaránt foglalkoznak.  Küldetésüknek tartják, hogy a vásárlók minél olcsóbban jussanak hozzá egyéni ízlésüknek megfelelő nyomatokhoz.

A cég nemcsak állja a nyári programban résztvevő tanulók költségeit, hanem szponzorálja is az összes kapcsolódó 3DP-szolgáltatást. Bizakodnak, hogy a jövőben több hasonló projektben vesznek majd részt.

A BASF üzleti inkubátorprogramjában részt vevő mannheimi Replique partner-együttműködésre lépett a prémiumkategóriás háztartási eszközöket gyártó Miele-vel. Saját 3D nyomtatóplatformján a Replique fogja gyártani, majd a gyártás után a vásárlóknak kiszállítani a Miele kiegészítő darabjait.

A digitális tárolás és a kívánság szerinti (on-demand) gyártás iránt érdeklődő Miele rugalmasan viszonyul a megrendelésekhez, új partnerével pedig gyorsan és relatíve olcsón állítja elő a darabokat.

A Replique elosztott rendszerének köszönhetően, a rendelések e-kereskedelmi módszerekkel társíthatók, feldolgozásuk automatizált, az ipari szintű 3D nyomtatásban pedig szakértők.

A Miele 2020 májusában elindított 3D4U projektjének keretében a vásárlók printelt kiegészítőkről kapnak ingyen terveket. Az eredetileg a 3D nyomtatóval nem rendelkező személyeket megcélzó ötlet népszerű lett, folyamatosan nőtt az érdeklődés.

A Replique bekapcsolódásával a projekt szintet lépett. A tároláshoz nincs többé szükség raktárra, mert a terveket digitálisan őrzik meg, majd kívánság szerint nyomtatják őket a legújabb printereken.

A Miele online shopjában három kiegészítővel – kávéfőzőhöz tartozó csipesszel, fúrógép-tisztítóval és egy porszívó-tartozékkal – kezdték, de a kínálat tetszés szerint bővíthető.

Az ipari gyártásban gazdag tapasztalatokkal és komoly anyagtudományi ismeretekkel rendelkező, komplex szolgáltatást kínáló Replique nyomtatótechnológiája a Miele szigorú specifikációinak és a kávé miatt, a nem kevésbé szigorú élelmiszerbiztonsági követelményeknek egyaránt megfelel.

Mivel a versenytársak külön-külön kínálnak megoldásokat gyártásra, értékesítésre stb., a Miele és a Replique jövőbe mutató üzleti modellje kényelmesebb a vásárlóknak. Bíznak benne, hogy rövid időn belül Németország mellett az Európai Unióban, sőt az egész világon el fog terjedni.

Természetesen a termékkínálat bővítését is tervezik.

A Volkswagen bő negyedszázada használja a 3D nyomtatást, a technológiával a járműfejlesztés felgyorsítása és a gyártási költségek csökkentése volt az eredeti cél. Azóta több mint egymillió alkatrészt printeltek.

Legnagyobb, wolfsburgi üzemükben – ahol 2018 végén nyílt additív gyártóközpont – ma már tizenhárom részleg foglalkozik különféle 3DP eljárásokkal, műanyag- és fémnyomtatással egyaránt. Műanyagból prototípusok komponenseit, például ajtóburkolatot, műszerfalakat, lökhárítókat, fémből pedig gyűjtőcsöveket, fűtő- és hűtő alkatrészeket, tartóelemeket készítenek.

A technológia innovatív felhasználásának újabb példája, hogy első autógyártóként, a Volkswagen a binder jetting nyomtatóeljárással bővíti a lehetőségeket.

„A koronavírus-járvány miatti folyamatos kihívások ellenére, változatlanul innovatív megoldásokon dolgozunk. Partnereinkkel azt akarjuk, hogy az elkövetkező években a 3D nyomtatás még hatékonyabb, futószalag mellett is könnyen alkalmazható legyen” – nyilatkozta Christian Vollmer, a gyártásért és a logisztikáért felelős részleg egyik vezetője.

Az elmúlt fél évtizedben rengeteg pénzt fektettek újításokba. A Siemensszel szoftverszinten, a HP-vel hardvervonalon működnek együtt.

A binder jetting teljeskörű alkalmazásával első körben tapasztalatokat kívánnak nyerni, és megtanulják, hogy például milyen alkatrészek állíthatók elő gyorsan és olcsóbban ezzel az eljárással, amelynek természetesen fontos szerepet szánnak a gyártás digitális átalakításában.

A Siemens részéről szintén elégedettek, hogy a Volkswagen előszeretettel használja automatizációs, szoftveres megoldásaikat. Rugalmasabb, gyorsabb és környezetbarátabb gyártásról beszélnek.

Míg a HP a gépeket szolgáltatja, addig a Siemens és a Volkswagen együtt optimalizálta az alkatrészek elhelyezését a printerek munkaterében, amellyel szintén a hatékonyság növelése a cél. A három nagyvállalat közös szakértői csoportot alakít, tagjai a képzéssel is foglalkozó központban részt vesznek komplex alkatrészek gyártásában.

2025-ig évente minimum százezer komponenst akarnak nyomtatni. Az első binder jettinggel készült darab a T-Roc kabrió A-oszlopai (a jármű tetejét tartó oszlopok közül a szélvédő két oldalán lévő első kettő). Ötven százalékkal könnyebb lett, mintha hagyományos eljárással, acéllemezből készült volna. Több teszten sikeresen teljesített, és úgy tűnik, hamarosan nagy mennyiségben is gazdaságos lesz 3D nyomtatással előállítani.

A binder jetting nyomtatótechnológia nagy sebességével emelkedik ki a porágyas megoldások közül. A gyorsaság önmagában persze még nem indokolná a technika látványos terjedését, az a tény viszont már igen, hogy ugyanannyira pontos is, mint a többi hasonló eljárás.

Az ezzel a megoldással működő printerek legismertebb gyártója, az ExOne bejelentette, hogy a 2005-ben alapított, nemrég felújított, Pittsburghöz közeli Fém 3D Nyomtatás Alkalmazási Központban több mint kétmillió fémnyomatot készítettek a világ különböző pontjain tevékenykedő ügyfeleknek.

Azt is bejelentették, hogy gépparkjuk két új X1 25Pri printerrel bővült, amelyekkel fokozni akarják a rozsdamentes acél termékek gyártását. A cég e darabok iránt leginkább érdeklődő megrendelői ipari vállalatok, tudományos szervezetek (Virginia Tech, NASA, Oak Ridge Nemzeti Laboratórium) és szolgáltatóirodák, mint például a Shapeways, a Sculpteo vagy a Xometry.

A Központban 28 printer a hét minden napján, napi 24 órában dolgozik. Az ügyfelek vásárlás előtt ki is próbálhatják az ExOne rendszereit. Összes nyomtatójuk tudja használni szabadalmaztatott „háromszoros fejlett tömörítési” technológiájukat (ACT), amely egyedülálló módszert alkalmaz ultrafinom porok adagolására, szórására és tömörítésére a nyomtatási folyamat során. A végtermékek tömörsége több mint 97 százalék, de a többi paraméterük is kiváló.

A két új rendszeren két rozsdamentes acélanyagot (17-4PH és 316L) használnak, és nagyon bíznak a gyártás felpörgetésében. A gépek munkaterének méretét is ennek a célnak megfelelően alakították ki.

A két rozsdamentes acélanyag mellett az ExOne más ötvözeteket is kínál szerteágazó vevőkörének. Mindegyik eleget tesz a binder jetting követelményeinek, találunk közöttük réz-, inkonel- és alumíniumalapúakat is, összességében pedig gépeik húsznál több fém-, kerámia- és kompozitmatériával dolgoznak.

A harvardi kutatók által 2014-ben alapított Voxel8 egyedi szín az additív gyártás palettáján. Harmincnál több, strukturális és funkcionális anyagok nyomtatásával kapcsolatos szabadalmat jegyeznek; főként a design, a lábbelik és okos textíliák területén alkalmazható többanyagos (multi-material) digitális gyártótechnológiákat dolgoztak ki.

A Wolwerine Worldwide ikonikus márkája, a Hush Puppies tovább népszerűsíti a Voxel8 megoldásait, legújabb cipőjük középtalp-része ugyanis 3D nyomtatással készül.

A 3DP-nek köszönhetően ezek a cipők kényelmesebbek lesznek, jobban alkalmazkodnak a lábhoz, és hosszabb ideig megmaradnak, mint a hagyományos módszerekkel gyártott darabok.

A több mint hatvan esztendeje kitalált brand vezetői örülnek az együttműködésnek. Elmondták, hogy történetük során mindig nyitottak voltak az innovációra, és folyamatosan újra fel akarják találni „a” kényelmes cipőt.

Az elmúlt hatvan év után a következő hatvan évre is gondolnak ezzel a koncepcióval.

A kényelemre összpontosító életvitelhez és „lábbeli kifejeződéséhez” olyan fogalmak kapcsolhatók, mint a szórakozás és az optimizmus. A Voxel8 technikája komoly segítséget nyújt abban, hogy a vásárlók továbbra is ezt gondolják a Hush Puppies cipőkről.

„A pontosan beállított mechanikai tulajdonságokkal rendelkező rácsszerkezeteinket a nyomás, ütések fokozottabb tompítása miatt használják középtalp-betétekhez. Hagyományos habszivacs-szerkezetekkel összehasonlítva, 100 ezer ciklus után vastagságuk negyedannyit változott, a nyomást pedig majdnem ugyanúgy kezelik, mint új korukban. Méretezhető és fenntartható technológiánk megváltoztatja a lábbelik tervezését és gyártását. Rövidebb a tervezésre fordított idő, nem kell külön szerszámokat készíteni. A szoftveren alapuló digitális gyártással lehetővé válnak a jövő olcsóbb és személyre szabottabb megoldásai” – nyilatkozta Travis Busbee, a Voxel8 társalapító- vezérigazgatója.

Az 1937 óta működő, jelenleg Chicago-székhelyű, a Philips Service Industries-hoz (PSI) tartozó Sciaky a 3D nyomtatás úttörője: 2009-ben a cég indította el az elektronsugaras additív gyártást (Electron Beam Additive Manufacturing, EBAM).

Abból indultak ki, hogy a gyártók nagyméretű és értékes nyomatokkal, de a klasszikusnál kevésbé költséges technikával pénzt és időt takarítsanak meg.

Technológiájukkal, teljesen programozható, automatizálható megoldásaikkal titánból, tantálból, inkonelből és más értékes anyagokból méretes nyomatok hozhatók létre. A Sciaky ma az ipari fémnyomtatás egyik főszereplőjének számít. Legújabb mesterségesintelligencia-alapú, gépitanulás-algoritmusaik automatikusan azonosítják és eltüntetik a nyomtatott titánrészek és szerkezetek, a Ti-6A1-4V hibáit.

Ezirányú tevékenységüket a 3D nyomtatással egyre intenzívebben foglalkozó NASA, az USA kormányzati űrügynöksége is elismerte, a Sciaky megkapta a Kisvállalkozások Innovációs Kutatói Díját (SBIR).

„Büszkék vagyunk arra, hogy a NASA-val együtt dolgozunk a titánnyomtatást még jobbá tevő folyamatokon. Az anyag új lehetőségei megmutatják, hogy miért az EBAM az ipari additív gyártás élharcosa” – nyilatkozta Scott Phillips, a Sciaky vezérigazgatója.

A gépitanulás-algoritmusok a cég szabadalmaztatott „rétegek közötti valósidejű képkészítő- és érzékelőrendszerét” (IRISS) használva, monitorozzák a titán lerakását, azonosítják és korrigálják a hibákat. A kontrollnak ez a döbbenetesen magas szintje rengeteget segít a gyártóknak. A mesterséges intelligencia munkájának eredménye, hogy a nyomatok, az első darabtól az utolsóig jó minőségűek.

A Sciaky rendszerein 203 millimétertől 5,79 méterig, bármilyen széles darabok printelhetők, míg óránkénti 11,34 kilóval, az EBAM a leggyorsabb fémnyomtató technika.

Legyen szó polimerekről, fémekről, vagy kompozitokról, a tendencia egyértelmű: felgyorsult a nyomtatóanyagok kutatása, fejlesztésük. Ezek a fejlesztések teszik lehetővé, hogy a felhasználók több szigorú követelménynek megfelelő ipari alkalmazásokban gondolkozhassanak velük.

Az osztrák kutatók által kidolgozott alumínium-oxid például erősen ellenáll a rozsdásodásnak és a magas hőmérsékletnek. A cél egyértelmű: ugyanolyan jó minőségű darabokat kell nyomtatni, mintha hagyományos eljárással készülnének.

A francia Lotaringiai Egyetem anyagtudományi szakemberei mágnesek desktop FDM printereken történő előállítására dolgoztak ki módszert. Elmondásuk alapján sikeresen integráltak mágneses jegyeket különféle nyomatokba, és egyiket sem kellett ferromágneses anyagokkal utólag megdolgozni.

A 3DP szektorban úttörő eredmény több területen hasznosítható, lényege, hogy a mágneses mezővel komplex darabok kontrollálhatók.

A kutatócsoport kompozit mágneses nyomtatószál (filament) extrudálására alkalmas, klasszikus desktop FDM gépekhez hasonló printert fejlesztett, azzal a különbséggel, hogy mágnesekkel is tud dolgozni.

Beszámolójuk sajnos nem túl részletes, azt viszont már lehet tudni, hogy a printer első változata 2021 őszén kerülhet kereskedelmi forgalomba. De az új nyomtatószál ennél is érdekesebb.

Ferromágneses anyagokkal kezdték, azokat alakították át nyomtathatóvá. Annyit árultak el, hogy eredménnyel jártak, és semmiféle utólagos mágnesezésre nincs szükség.

Céljuk nemcsak a gép, hanem a filament kereskedelmi forgalmazása is, hogy az érdeklődők akár otthon is megtervezhessék, nyomtathassák a saját mágneseiket.

A kutatás a 4D nyomtatással kapcsolatos fejlesztéseket is felgyorsíthatja. Az így készült tárgyak ugyanis külső tényezők hatására képesek megváltozni, „alakot váltani.” Az eddigi módosulásokat főként a hőmérséklet, vagy a rezgések eredményezték, mostantól viszont a mágneses mező is használható ilyen célokra.