FREEDEE BLOG

A kívánság szerinti digitálisgyártás-szolgáltató Protolabs kiadta éves 3DP trendjelentésének idei változatát.

Az egyik legfontosabb, évek óta megfigyelhető tendencia a 3D nyomtatása elmozdulása a prototípuskészítő alkalmazásoktól a sorozat- és végtermékek gyártása felé. Legfőbb hajtóerői a globális beszállítói lánc bizonytalansága, biztonsági problémái miatti növekvő igény a lokális gyártás iránt, illetve a környezeti fenntarthatóság. 

Egyelőre azonban még mindig nem végtermékek gyártása a 3DP elsőszámú alkalmazása. Az arányok csökkenése ellenére, a jelentéshez megkérdezettek hatvanhét százaléka jelenleg is főként prototípuskészítésre használja a 3D nyomtatást.

A 3D nyomtatáshoz és gyártáshoz való hozzáállás szintén változik. Egyre több végtermék-gyártó értékes gyártóeszközt lát a technológiában. Nő a technológiát termelés-léprékben használó vállalatok száma. Az egyik legfontosabb hajtóerő ezúttal is a helyi gyártás iránti igény.

A techvilág legnagyobb hívószava változatlanul a mesterséges intelligencia. 3DP-vel (is) foglalkozó vállalatok, mint például a Siemens, az AI build, az Authentise és a Materialise mind integrált MI (AI) megoldásokat nyomtatószoftverébe. Az MI-ben rejlő teljes szakterületi potenciált azonban még távolról sem aknázták ki.

A jövőben az MI leginkább hardverszinten változtathatja meg a 3DP-t: a printer beállításának szenzorok és gépi látás általi finomgangolásával automatizálja a 3D nyomtatást, de a hozzáférhetőséget, a felhasználóbarát használatot is erősítheti.

Új anyagok mind gyakoribb és szerteágazóbb fejlesztése és forgalmazása szintén fontos szerephez jut a technológia közeljövőjében. Az additívgyártás-szektorra a többanyagos nyomtatás lehet a legnagyobb hatással. A jelentés külön kiemeli egyes anyagtulajdonságok jelentőségét: rugalmasság, vezetőképesség, hőállóság, de az ultrakönnyűség, a szilárdság és a csökkentett UV-érzékenység szintén fontosak. Az új anyagok elterjedésével megváltozhat a 3DP gyakorlata.         

Képzeljük el, hogy „menet közben” olcsón és gyorsan készítünk rogyadozó kerékpárunkhoz rögzítő elemeket vagy sebészek kritikus darabokat hoznak létre műtétekhez. Hamarosan mindkettő megvalósulhat, mert az MIT (Massachusetts Institute of Technology) és az Austini Texas Egyetem kutatói tenyerünkben elférő, kézi 3D nyomtatót fejlesztenek. 

Az új gép forradalmasíthatja személyre szabott tárgyak előállítását.

Az eszközben található milliméter nagyságrendű fotonikus chip átalakítható fénysugarat bocsát ki gyantára, ami a fénysugár hatására az óhajtott alakra szilárdul. A chip mozgó alkatrészek nélkül éri el ezt; apró antennák tömbjére támaszkodik helyettük. Az antennák a folyékony gyantára irányítják a fényt, a látható fény meghatározott hullámhosszával érintkező gyanta pedig gyorsan megköt.

A chip képes fénysugarakat kétdimenziós minták 3D nyomtatására irányítani, például az M, az I és a T betűket másodperceken belül kiprintelte. A jövőben a rendszer fotonikus chipje az egész tárgyat egyetlen gyors lépésben megszilárdító 3D hologramot bocsáthat ki.

A hordozható printer sokféleképpen alkalmazható. Megváltozhat vele a 3D nyomtatókról alkotott képünk: immáron nemcsak műhelyekben, laborokban lévő nagy és nehéz szerkezetekre, hanem hordozható kézi valamire is gondolhatunk.

Az MIT-s kutatók optikai fázisú tömbrendszereket fejlesztettek fénysugarak irányításához. A technológia lidaros érzékelőkhöz és kiterjesztett valóság (augmented reality, AR) alkalmazásokhoz nagyon fontos. Texasi kollégáik látható fény hatására gyorsan megszilárduló, speciális műgyantán dolgoztak. Az együttműködéssel a fotokémiát és a szilíciumos fotonikát hozták chipalapú 3D nyomtatókat előrevetítő közös nevezőre.

A prototípus egyetlen fotonikus chipből áll, 160 nanométer vastagságú optikai antennák tömbjével. A chip ráfér az amerikai negyeddolláros érmére. A látható hullámhosszú fény hatékony modulálásához folyadékkristályt használtak, azzal hozták létre a chipbe integrált kompakt modulátorokat.

Az anyag egyedi fénytani tulajdonságai biztosítják a fény amplitúdójának és fázisának pontos szabályozását. A műgyanta vegyi összetételét a két csoport közösen finomhangolta, és így már gyorsan megkeményedett, másrészt hosszabb ideig eltartható.

A komoly szakmai tapasztalattal rendelkező építőanyag-gyártók, építészek és pénzügyi szervezetek által alapított, portói illetőségű Havelar vállalat elkészült Portugália első nyomtatott házával. A jó helyen, a portói városi agglomerációban fekvő épület területe nyolcvan négyzetméter, két hálószobás.

A munkához – mint ahogy sok más épületnyomtató projektben már megszoktuk – a COBOD BOD2 gépét használták. Jó választásnak bizonyult ezúttal is, mert tizennyolc óra alatt végeztek. A házat három neves építész, Aires Mateus, Gloria Cabral és Francis Kéré tervezte.

Patrick Eichiner, a Havelar társalapító-vezérigazgatója szerint cégük több nyomtató- vagy építészeti vállalatnál. Az építkezés 2.0-át promótálják, mégpedig nem is akárhogyan: két hónapnál rövidebb idő alatt elkészülnek a piaci árnál olcsóbb házak.

Az ország első nyomtatott épületét a négyzetméterenkénti 3104 eurós portói átlagnál jóval alacsonyabb áron kínálják: nagyjából 150 ezerbe kerül. A költséghatékonyság a kivitelezés optimalizálása, a terv gyors megvalósítása miatt lehetséges, ezek pedig egyértelműen az innovatív 3D nyomtatótechnológiának köszönhetők.

A Havelar azt szeretné, ha épületeit minél többen meg tudnák fizetni, például fiatal pároknak ideális egy könnyen megközelíthető, bevásárlás szempontjából kedvező helyen.

De a vállalat a gyorsan elkészülő, nem drága, kortárstervezésű házakon is messzebbre tekint. A 3D nyomtatás jóvoltából az építkezési hulladék már eddig szignifikánsan csökkent, 2030-ra pedig el akarják érni a szén-semlegességet. A cél megvalósításához alternatív anyagok használatát tervezik: földét, iszapét, salakét, szalmáét és más bioanyagokét.

A vállalatról a COBOD alapító-vezérigazgatója, Henrik Lund-Nielsen is elmondta véleményét. Nagyra értékeli a Havelar ambiciózus céljait, és örül, hogy támogathatják őket. Printereik nyílt forrásúak, ha anyagokról van szó, és így sokféle dolgot képesek nyomtatni.

A flandriai Gent-székhelyű AMIS 3D nyomtatószoftver-fejlesztő, a HYBRID Software leányvállalata elindította új AMIS Pro szeletelő-szoftvere bétaváltozatát. A Mac és Windows operációs rendszerekkel egyaránt kompatibilis, „CAD be, nyomtasd ki” előkészítő szoftver kötőanyagsugaras (binder jetting) 3D nyomtatáshoz használható. CAD utáni és printelés előtti funkciókkal is rendelkezik, így lehetővé válik, hogy a felhasználó kötegeket készítsen elő a 3DP-hez.

A cég hivatalos weboldaláról ingyen letölthető szoftver egyelőre korlátozott nyilvános bétaverzióban áll rendelkezésre. Az ügyfelek hatvan napig anyagi ellenszolgáltatás nélkül használhatják, visszajelzéseik alapján az AMIS folyamatosan tökéletesítheti a szoftvert.

A visszajelzések alapján és a HYBRID technológiáját használva, több mint harminc új funkcióra számíthatunk. A Pro v1 bétaváltozat a HYBRID első bejelentése az AMIS 2023-as elindítása óta. A leányvállalat a szoftverfejlesztő 3D nyomtatás startupja.

A Proval a felhasználó több darabot hozzáadhat a köteghez, a pozíciónak megfelelően méretezhetik, voxel-alapúan egymásba ágyazhatják azokat, szeletelhetik a köteget, majd elindíthatják a 3D nyomtatást. A kötegek lementhetők és újranyithatók, megadható a rétegvastagság, a printer többféle kötőanyaggal és anyaggal készíthető elő a gyártásra.

Kris Binon, az AMIS XYZ menedzsere szerint a szoftvert a „munkafolyamat logikáját” szem előtt tartva fejlesztették: milyen előkészületi lépések kellenek? Mikor és milyen eszközökre van szüksége a felhasználónak?

A szintén HYBRID-leányvállalat, 2006-ban alapított, Cambridge-i (beszédes nevű) Meteor Inkjet Metprint szoftvere közvetlenül összekapcsolható a Proval. Az összekapcsolás célja az adatátvitel optimalizálása 3D nyomtatófejekre.

A Meteor Inkjet a nyomtatófej-meghajtó elektronikai cuccok, szoftverek és szolgáltatások elsőszámú beszállítója a tintasugaras 3D nyomtatásban. A legnagyobb nyomtatóvállalatok közül többen tartoznak a cég ügyfélköréhez. 

A Yale Egyetem Orvosi Iskolájának Ortopédia és Rehabilitáció Osztálya áprilisban elvégezte 3D modellezést és 3D nyomtatást alkalmazó első házon belüli sebészeti műtétét. Rosszul gyógyuló kartörés miatt volt rá szükség. 3D műtéti tervet, személyre szabott, 3D nyomtatott sebészeti útmutatót és anatómiai modelleket használtak hozzá.

A sebészcsapat ezekkel a printelt segédeszközökkel készült a műtétre. A 3D technológiák sokat segítettek a legjobb eredmény elérésében. A beteg karjának részletes 3D modelljeit, a szkennelés segítségével, képalkotó szoftverrel hozták létre.

Így vált lehetővé a sebészcsapat számára, hogy világosan lássák, mivel kell foglalkozniuk, és a beavatkozás előtt precíziósan kidolgozzanak mindent: a csont-rehabilitáció pontos helyét, a műtét optimalizálását. Ezzel a magas szintű felkészültséggel minimalizálni tudták a beavatkozás idejét.

A beteg karjának nyomtatott változatain és az egyedire kialakított útmutatókon gyakoroltak. A páciens-specifikus nyomatokat az osztály egyik intézetében készítették. Ezek az anatómiai modellek a tapintás mellett az illeszkedés kiértékeléséhez szintén fontos támpontokat adnak.

A sebészcsoport vezetője elmondta, hogy mivel az ortopédiai beavatkozás célja a funkciók visszaállítása, a beteg normális életbe történő visszatérése, a „mindenkinek egy méret” gyakorlat ideje rég lejárt. Valamennyi páciensre egyedi tervet kell kidolgozni, mert különböznek az anatómiák, így pedig a szükségletek is mások.

Az egyetem történetében ez volt az első eset, hogy házon belül végezték a műtéthez szükséges összes 3D nyomtatást. Eddig külsősökkel dolgoztak együtt páciens-specifikus nyomataikon, és így érthetően lassabban ment minden. Helybeni printeléssel viszont a modellek azonnal rendelkezésre állnak, és a terven is könnyebb változtatni.

A közeljövőben más osztályok betegellátásán is igyekeznek 3D technológiákkal javítani.

Az ipari állattenyésztés egyre negatívabb hatásai miatt nő az alternatív fehérjeforrások, például a rovarok iránti kereslet. Bogarak és más rovarok evése azonban a Föld nagy részén visszatetsző, ezért egyes kutatók por formájában próbálják beépíteni azokat élelmiszerekbe.

A tücsökliszt viszonylag kisebb ellenállásba ütközhet, bogarak pékáruba dolgozása viszont megváltoztathatja a tészta tulajdonságait. A katalán Rovira i Virgili Egyetem kutatói részben rovarporral készült, nyomtatott sósfalatok változásait és textúráját vizsgálták.

Kétféle ehető rovarport különböző mennyiségben használtak: kisebb lisztkukacokat, illetve vándorsáskákat csicseriborsó-liszttel, vízzel, extraszűz olívaolajjal, curry-porral és sóval keverve. A holland byFlow Focus 3D ételnyomtatójával dolgoztak, a falatokat 180 Celsius-fokon tizenkét percig sütötték, gőzsütő szellőztető üzemmódjában.

A tészták kevésbé voltak ragadósak, mert – különösen vándorsáskával – rovarporral sűrűbbek. Inkább nyúlós szilárd anyagokhoz, semmint folyadékhoz hasonlítottak. Minél több volt a rovarpor, annál nyújthatóbbak és egyben merevebbek lettek. De a sáskaporos tészta annyira elasztikusra sikerült, hogy a falatokat nehezebben nyomtatták.

A por mennyiségét növelve, a lisztkukac-poros falatokat egyre nehezebb volt törni. Állaguk hasonlított a rovarpor nélkül és a kevés rovarporral készült mintákéhoz, viszont ropogósabbak lettek.

A 3D nyomtatás több területen kulcsfontosságú gyakorlati célokat szolgál, az ételnyomtatás pontos rendeltetését viszont még alaposan meg kell fogalmazni. Összetett geometriák kidolgozása esztétikailag vonzó lehet, a technológia gyors élelmiszeripari, gasztronómiai elterjedésére azonban ne számítsunk.

A rovarporokkal történő nyomtatás viszont akármennyire is abszurdnak tűnik, valóságközelibb alkalmazás. Az emberiség fehérjeszükséglete és az ipari tevékenység környezeti hatásának mérséklése növeli az ehető rovarok iránti keresletet. Egyes afrikai és délkelet-ázsiai kultúrákban fogyasztanak bogarakat, a nyugati világ azonban idegenkedik. Ha viszont fehérje-igényeinket új technikákkal és összetevőkkel elégítik ki, változhat a hozzáállásunk.

A törökországi Ondokuz Mayis Egyetem kutatói adaptív szeleteléssel (adaptive slicing) növelik a kötőanyagsugaras (binder jetting) 3D nyomtatás sebességét.

Abból indultak ki, hogy a következő tíz évben ez a technológia nagyobb tempóban fog növekedni, mint bármelyik más additívgyártás-megoldás. A sebesség viszont hátráltatja szélesebb körű elterjedését, mert a hagyományos gyártómódszerek gyorsabbak. Ezért találták ki az adaptív szeletelést és a kötőanyag-mennyiséget kezelő algoritmust.

A szeletelés kulcsfontosságú a 3D nyomtatófolyamatban: a digitális modellt a printernek megadott utasításokká alakítja át. Általában egységesen, a nyomat konzisztens rétegvastagságával hajtják végre. Az adaptív szeletelés alternatív megoldás: a készülő nyomat geometria alapján változó a rétegvastagság. Nő a hatékonyság, gyorsabb a printelés, jobb minőségű a felület.

A módszert régóta használják az FDM technikánál, kötőanyagos nyomtatásnál viszont még nem aknázták ki teljesen a benne rejlő lehetőségeket. A török kutatók korábban is foglalkoztak vele, a nyomatok remek minőségűek lettek, 12,31 százalékkal kevesebb réteggel, mint az egyenletes szeletelésnél.

Az algoritmust az eredmény optimalizálásához dolgozták ki. Azért volt szükség rá, mert nélküle, a vastagságbeli különbségek ellenére, az összes rétegbe ugyanannyi kötőanyag kerülne. Ha egy vékony rétegben túl sok a kötőanyag, a felület érdesebb, ha viszont túl kevés, akkor jóval törékenyebb.

Az új módszer az optimális tervezési specifikációkat meghatározó statisztikai folyamat. A rétegvastagság mellett a telitettség arányára is alkalmazzák, hogy a gyártás ideális 3D nyomtatási paraméterekkel történjen.

A kezdeti tervezési folyamatnál kilenc különböző paramétersorral huszonhét mintát állítottak elő. Lemérték a nyers minták szélességét, majd 1500 Celsius-fokon két óra hosszat szinterezték őket. A felületi érdességet és a sűrűséget utána tesztelték. Kiderült, hogy a 180-250 mikrométer és az ötven százalékos telítettség az optimális.

Következő lépésként, ebben a rétegvastagságban adaptív szeletelést alkalmazva, nyomtattak mintát, majd összehasonlították vékony- (180 mikrométeres) és vastagrétegű (250 mikrométeres) tesztnyomattal.

Az adaptív szeleteléses minta felületi érdessége a vékonyrétegűéhez hasonlított, és jobb volt, mint a vastagrétegűé. Viszont az azonos felületi minőség ellenére, 12,31 százalékkal kevesebb réteggel nyomtatták, mint a vékonyrétegű mintát.

A betonnyomtatásra specializálódott Holcim vállalat elkészítette Svájc első printelt épületét, a munkát a helyszínen végezték. Az 1964 óta építési és felújítási szolgáltatásokat nyújtó Kobelt AG számára húzták fel a jövőben bemutatóteremként funkcionáló épületet. A munkában a PERI 3D Construction volt a Holcim partnere, a printelést COBOD géppel, BOD2 épületnyomtatóval kivitelezték, így a projektben értelemszerűen a terület legismertebb printereit fejlesztő COBOD is részt vett.

Azért volt szükség nyomtatott bemutatóteremre, mert a Kobelt AG irodáiban nagy a helyhiány. A cég innovatív megoldást keresett, és így jutott el a Holcim fejlett 3D épületnyomtató technológiájához. A projekt és a betonnyomtatás megismerése irányváltást is jelenthet a hagyományosan fával építkező Kobelt AG számára.

A bemutatóterem területe 150 négyzetméter, a printelt betonfalak 6,2 méter magasak. Az építkezés mindössze nyolc nap volt, ötvenöt órát dolgoztak a helyszínen. Hagyományos technikával tovább tartott volna, az íves falak pedig különösen megnehezítették volna a munkát. 

Összesen hatvan köbméter betont használtak, több kihívásra kellett megoldást találniuk. Az eredményeket következő projektjeikben hasznosítják – árulta el Kevin Böhlen, a Holcim projektmenedzsere.

Az épület belső kialakítása minimalista, a fa és a betonfal egyedi kombinációja. Funkcionális zónákat találunk benne: tárgyalók, minta-bemutató helyek, gyereksarok, kávézó-konyha, lekerekített lépcsőn elérhető külön tárgyalóterem.

Az épülettel Henrik Lund-Nielsen, a COBOD alapító-vezérigazgatója elégedett, gratulált is a Holcimnak, hogy habarcsok helyett az általuk évek óta „promótált” valódi betonnal dolgoztak. Habarcs esetében több anyagot használtak volna el, jóval nagyobb széndioxid-kibocsátással.

Mindenképpen csökkenteni kell az építőipar környezeti lábnyomát, amely 3D nyomtatással, valódi betonnal és hatékony tervezéssel érhető el – összegzett Lund-Nielsen.

Május 21. és 25. között került sor az éves londoni virág-bemutatóra Chelsea-ben (Chelsea Flower Show 2024). A rendezvényen az épületnyomtatásban világhírűvé vált printergyártó, a WASP is részt vett, Giulio Giorgi tájtervező-kertész tematikus kerámiakert (A Világ Gyermekrák ápolókertje) építésére használta a rendszert. A Giving Back projekt által finanszírozott munkálatokon a World Child Cancer UK jótékonysági szervezet is jelen volt.

A nyomtatáshoz kerámiát használtak, a kert elnyerte a Környezeti Innováció Díjat. A betonszerkezeteket a körkörösen elrendezett, megemelt cserépsorokat alátámasztó printelt agyagtömbökkel helyettesítették. A kert többi részét szintén alacsony széndioxid-kibocsátású anyagokból, elektromos szerszámok nélkül alakították ki.

Nem volt könnyű dolguk, a végeredmény viszont szépen szemlélteti a régi és az új technológiák együttes használata adta lehetőségeket. 3D nyomtatással nem szoktak kereteket létrehozni! 

Az egész kert kizárólag a talajból és fából készült tárgyak felhasználásával jött létre, csak kézi szerszámokkal dolgoztak. A kivitelezők a jövő fenntarthatóbb kertépítészetét igyekeztek szemléltetni.

A koncepció különféle környezetekben és éghajlati viszonyok között alkalmazható, megismételhető. Érzékszervi kert, mert a gyerekek a helyszínen lehetnek, kapcsolatban a természettel, miközben kórházi kezelésben részesülnek. Érintéssel, szaglással, ízleléssel egy időre elfelejthetik a betegségüket – magyarázza Giorgi.

Ilyen terek természetesen kórházakban is kialakíthatók. Giorgi és munkatársa, a Bari Műszaki Egyetemen oktató Giuseppe Fallacara szállítható, újrarendezhető terrakotta modulokat dolgoztak ki. A modulok garantálják egyedi, személyre szabott kertek kialakításának a lehetőségét. Az egymásra helyezhető kerámiatömbök ültetőként vagy a falszerkezet kialakítására használhatók.

A talaj tőzegmentes, az Egyesült Királyságból szármató növények jól tűrik a szárazságot, a se áramot, se víznyomást nem igénylő öntözőrendszer minimalizálja a hulladékot. A kerámiaegységek a nedvesség beszívásával és szárazság közbeni kibocsátásával táplálják a növények gyökereit. Anyaguk összetörhető, újrahasznosítható.

Az Illinois Urbana-Champaign Egyetem kutatói szerint természetes anyagok, mint a csont, a madártollak vagy a fa, szabálytalan felépítésük ellenére, „intelligensen” reagálnak a nyomás eloszlására. A nyomás-módosítás és az anyagszerkezetek közötti kapcsolatról viszont nem sokat tudunk.

A kutatók gépi tanulást, optimalizálást, 3D nyomtatást közösen alkalmazták nyomáskísérletekhez, hogy jobban megismerjék a rejtett kapcsolatokat. A combcsontot helyreállítani hivatott, az emberi csont funkcióit utánzó anyagot fejlesztettek.

A felső lábszár nagyon hosszú csontjának törése időskorban gyakori. A nyomás a törés élén koncentrálódik, növelve a meghosszabodás esélyét. A hagyományos helyreállításnál, sebészi beavatkozással fémlemezt csavarokkal rögzítenek a törés köré. A lemez és a csavarok meglazulhatnak, krónikus fájdalmakat és további sebeket okozhatnak.

A kutatók új helyreállítási módszert, teljesen irányítható számítógépes kereten alapuló anyagot, csontutánzatot javasolnak.

Anyagadatbázissal kezdték, virtuális növekedés-szimulátorral és gépi tanulással virtuális anyagot generáltak, azon keresztül tanulmányozták szerkezete és a fizikai tulajdonságok közötti kapcsolatot. A felépítés és a nyomás-eloszlás maximalizálásához optimalizáló algoritmust fejlesztettek.

Az életnagyságú csont-prototípust műgyantából nyomtatták, majd szintetikus modell eltörött combcsontjához illesztették. A fizikai modell valós méréseket, hatékonyság-teszteket tett lehetővé. Megerősítette, hogy a biológiai rendszerekhez hasonlóan, lehetséges ilyen szintetikus anyagokat készíteni.

Bizakodnak, hogy modelljük alapján a csont-helyreállítást erősítő anyagokat fognak fejleszteni. Mivel elég általános, a technológia többféle biológiai implantátumra, változatos nyomtatóanyagokkal – fémekkel, polimerekkel, szinte bármivel – alkalmazható, ha szükséges a nyomás módosítása.

A geometriát, a helyi szerkezetet és a kapcsolódó mechanikus tulajdonságokat tartják kulcsfontosságúnak, ezek garantálják a szinte végtelen potenciális alkalmazást.