FREEDEE BLOG

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.

Az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma megerősíti beszállítói/ellátási láncát. Ezirányú törekvéseiben az additív gyártás fontos szerepet játszik.

Idén a haditengerészet szerződést kötött az Ursa Major rakétamotor-gyártóval, és a Szabványrakéta (Standard Missile, SD) program keretében resztelt is egy printelt motort. Az Ursa Major saját Lynx nyomtatótechnológiájával fog motorokat előállítani az SM-2, SM-3 és SM-8 rakétákhoz.

A Tengeri Atommeghajtás Programhoz a Velo3D fémnyomtató technológiáját és az ATI nyomtatóanyagait használják, nukleáris meghajtó rendszerek gyártófolyamatait igyekeznek javítani velük. Korábban hagyományos gyártóeljárásokkal készült részeket állítanak elő, csökkentve a gyártási időt és javítva az ellátási láncot.

A 3DP szoftvereket fejlesztő 3YOURMIND szintén szerződést kötött az amerikai hadsereggel, a Járműipari és Fegyverkezési Parancsnoksággal (TACOM). A vállalat szoftverével a nyomtatható alkatrészeket azonosítják, cél az M113 páncélozott személyszállító karbantartásának leegyszerűsítése.

Első körben tízezer kiválasztott alkatrészt elemeznek, technikai kivitelezhetőség szerint értékelik ki őket. Utána jobban látható, melyek a legalkalmasabbak additív gyártásra.

A Pentagon bizakodik, hogy 3D nyomtatással javíthat logisztikai gyakorlatán, növelheti hadászati kapacitását. A 3YOURMIND dolgozott már korábban velük, az együttműködés gyümölcsözőnek bizonyult, és most is optimisták az additív gyártás karbantartási használatával kapcsolatban.

A hadsereg hároméves szerződés keretében együttműködik a Wichita Állami Egyetem Repüléskutató Intézetével (NIAR): „visszafejtették” (reverse engineering) a páncélozott járművet, és digitális ikret készítenek róla. A NIAR 3D fémnyomtató folyamatokat (lézerese porágy-fúziót, közvetlen energia lerakást) értékel ki.

A gyártásra alkalmas alkatrészek és az optimális gyártási folyamatok azonosítása az eredményes karbantartás alapjai.

Az Egyesült Arab Emírségekbeli Sharjah székhelyű, változatos 3D nyomtatótechnológiákkal (FDM, SLA, SLS, MJF, FGF) kísérletező Nomad Prototypes az általában használt termoplasztikus anyagok helyett műgyantából nyomtatott drónt mutatott be. Céljuk a világ legnagyobb műanyag drónjának előállítása. A gép két technikával, sztereolitográfiával és műanyag-por (pellet) extrudálásával készülhet. 

Az első generációnál tartanak, a gép szállítmány nélkül harminchét, maximum fél kiló szállítmánnyal huszonkét percig képes töltés nélkül repülni.

A cég szerint az FDM-mel készült drónok problémája, hogy a nyomtatott részek erőssége a tájolás függvényében változó. Kisebb gépeknél ez nem baj, a felméretezésnél, azaz nagyobbak készítésénél viszont az. A szerkezet vastagodásával jelentősen nő a tömeg, az összesített szilárdság viszont alacsonyabb marad, mint hagyományos kompozitgyártó módszerek esetében.

A Liqcreate StrongX fotopolimer műgyantából készült első generáció kisméretű, több rotoros drónok. A második generációsok moduláris kialakításúak lesznek, erős műgyantából, vékony és tartós szárnyakkal.

A harmadik generáció szárny-fesztávolsága 3,2 méterre bővül, és nagyon erős, szakítószilárdságban az alumíniumhoz hasonló kompozit porlabdacsokat terveznek használni hozzájuk. A kis sebességű repülésre optimalizált, nagyméretű gépek maximális felszálló tömege tizenöt kiló lesz. A fejlesztőcég be szeretne kerülni velük a Guinness Rekordok Könyvébe.

Folyamatosan dolgoznak a műgyanta-alapú drón tervein, és a designt csak utána méretezik fel a porlabdacs-nyomat változathoz. Először a kisebb gépekkel optimalizálják a repülést, a rendszer működését.

Kivitelezhetőnek tartják kompozitból készült, emberszállításra alkalmas repülőgép fejlesztését, a megvalósításhoz viszont elengedhetetlen a printelt merevszárnyú drónok felskálázása. Lehetséges emberi tömeget repülés közben elbíró fémszárny nyomtatása – állítják, de hozzá is fűzték, hogy jelenleg nagyon drága lenne.

A BMW Csoport hosszú ideje alkalmazza a 3D nyomtatást, már akkor is éltek a technológia adta lehetőségekkel, amikor szinte csak gyors prototípuskészítésre használták azt. Jelenleg gyártanak is vele, a nyomtatóanyagok között polimerek és fémek mellett a homok is szerepel.

Öles léptekkel haladnak afelé, hogy a 3D nyomtatás valóban tömegtermeléssé váljon.

Végfelhasználói termékek mellett a gyártósoron szintén újítanak a technológiával: a gyártási folyamatokat gördülékenyebbé tevő, egyedire kialakítható megfogókat, robotmarkolókat printelnek. Két technikával, azok kombinációjával dolgozzák ki a robotkarokat: szelektív lézeres szinterezéssel (SLS) és olvasztott granulátum-gyártással (FGF).

A megfogókat például a BMW M3 szénnel megerősített polimeres (CFRP) tetejéhez állították munkába. A gépeket funkcióik szerint vagy SLS-szel, vagy FGF-fel hozták létre.

A gépek tömege nagyjából 120 kiló, mintegy húsz százalékkal könnyebbek, mintha hagyományos technikával készültek volna. A nyomtatással huszonkét óra alatt végeztek.

A tömegcsökkenés két szempontból nagyon fontos: egyrészt a rendszerre nehezedő terhelés alacsonyabb, és kevesebb karbantartásra van szükség, tehát hosszabb ideig működnek a megfogók, másrészt mivel FGF-folyamatokhoz újrahasznosított anyagokat használnak, mintegy hatvan százalékkal csökken a széndioxid-kibocsátás.

A BMW tavaly a korábbinál is könnyebb nyomatokkal kecsegtető új designt vezetett be, plusz a homok alapot alumíniummal öntötték, ugyanazzal a technológiával, amelyet járműveik alumínium hengerfejeinek gyártásához alkalmaznak. Az új megfogó huszonöt százalékkal könnyebb lett, mint az SLS/FGF technológiás. További előnye, hogy három robot helyett egy is elég a munkához. 

A megfogókat, tető mellett ajtókhoz is használják. A homoköntetes-alumínium szerkezetek tömege 110 kiló. Még kevesebb áramot fogyasztanak, még környezetbarátabbak. 

A dubai LEAP71 különleges – és már szabadalmaztatott – szoftvert fejlesztett mérnöki munkákhoz. A folyamatosan bővülő Noyron kódolja a cég indulása óta összegyűjtött mérnöki tudást, az általános tervezéshez logikát, fizikát és gyártási tapasztalatokat egyetlen koherens számítási modellbe integrál.

A cég komplex geometriák kidolgozásakor a szoftver nyílt forrású kernelére (PicoGK) támaszkodik. Több speciális számítási modellnek ez az alapja (NoyronRP rakétamotorokhoz, NoyronEA elektromágneses működtetéshez és mozgáshoz, NoyronHX hőcserélők tervezéséhez).

Mérnökökhöz hasonlóan, a szoftver célja, hogy a szakértői tudáson alapulva, az óhajtott funkcionalitásnak megfelelő objektumokat hozzon létre. A bemeneti paraméterekből valószínűleg megfelelően működő tervet készít mechanikai mozgásokkal, hőtani „viselkedéssel” és más jó teljesítményparaméterekkel. A modell egyik legfontosabb outputja az általa generált tárgy geometriája.

Geometria mellett folyamatparamétereket és (például az utófeldolgozásra és a geometriára vonatkozó) fájlokat generál. Ezek szimulálhatók, tesztelhetők. A megfigyelt viselkedés visszacsatolódik a rendszerbe, folyamatosan javítva azt, majd újabb iterációk következnek mindaddig, amíg a modell el nem éri a kívánt szintet.

Fejlesztői elmondták, hogy a Noyron „work in progress”, mindig folyamatban lévő munka. Ügyfeleik számára a szoftveren alapuló egyedi számítási modelleket építettek olyan területeken, mint például űrjárművek meghajtása, amely egyrészt a Noyron mérnöki alapismereteiben gyökerezik, másrészt nagyon speciális szabályokat is alkalmaznak rá.

Szintén elmondták, hogy a tárgyaik komplex formáját adó összetett alakzatokat a PicoGK geometrikus kernellel készítik, de ugyanakkor a Noyron, érvényesítve a logika és a fizika által szintén meghatározott mérnöki megközelítést, túl is lép a geometrián.

Mesterséges intelligenciáról és automatizációról nem beszéltek, viszont egyértelmű, hogy egy ilyen szoftver mindkét területtel átfedésben van (mint ahogy azok is egymással), valamint az is, hogy az additív gyártás jövőjében fontos szerepet játszanak majd a Noyron-féle megoldások.

A fejlett műholdas termékeket és rádiófrekvenciás rendszereket beszállító svájci SWISSto12 három teljesen integrált rádiófrekvenciás antennatáp-láncot készített a Northrop Grumman GEOStar-3 kereskedelmi műholdprogramjához.

A tápláncok átfogó monolit szerelvények jelközösítőkkel (diplexer), szűrőkkel, polarizátorokkal, kürtnyílásokkal, mechanikus interfészekkel. A SWISSto12 szabadalmaztatott rádiófrekvenciás additív gyártás (Radio Frequency Additive Manufacturing, RFAM) eljárással, egyetlen egységként állította elő ezeket.

Az innovatív megközelítéssel lehetővé vált a méretet és a tömeget csökkentő pontos tervoptimalizálás, ugyanakkor a termék a GEOStar-3 program szigorú rádiófrekvenciás teljesítmény- és minősítési kritériumainak is megfelel.

A misszió-specifikációknak való megfelelést biztosítandó, a láncokat a GEOStar-3 terhelésébe való integrálásra tervezték. A műhold útra bocsátása valamikor idén várható.

A 2011-ben alapított SWISSto12 jó ideje használ 3D nyomtatást rádiófrekvenciás alkalmazásokhoz. Míg a hagyományos rádiófrekvenciás termékek tervezése a teljesítménnyel, tömeggel, mérettel és árral kapcsolatos gyártási korlátok miatt nehézségekbe ütközik, addig az additív gyártásban jóval több a lehetőség ezek innovatív kezelésére.

Az űripar fel is figyelt a svájci vállalatra.

Az ok egyértelmű: RFAM technológiájukkal bonyolult és hagyományosnak nem nevezhető, korábban kivitelezhetetlen tervek valósíthatók meg. Gördülékenyebb a gyártás, jobb a nyomatok felületének a minősége, összességében pedig javul a rádiófrekvenciás teljesítmény.

A cég ráérzett a trendre, és jókor kapcsolódott be a műhold-szektorba, ahol egy ideje egyre jobban terjed az antennák (részeinek) 3D nyomtatása. Egyedibbre alakíthatók ki, könnyebbek, geometriájuk komplexebb a technológiával. Gyorsabb a prototípuskészítés, anyagválasztással ás az integrált tervezéssel könnyebb optimalizálni az antennát.