FREEDEE BLOG

Több online 3D nyomtatás rendelőrendszer működik világszerte, printel tárgyakat. A Shapeways és a MakerBothoz, azaz a Stratasyshez tartozó Thingiverse a két legismertebb. A holland alapítású, New York székhelyű előbbi mérföldkőhöz ért: túl van a 20 milliomodik nyomtatott tárgyon.

A 2007-ben indult Shapeways a Philips leányvállalataként kezdte, az elektronikai nagyvállalat design-részlegéből nőtte ki magát. 2008-ban indították el nyomtatószolgáltatásukat, tervezők gyors prototípuskészítésre, nyomtatásra küldték el nekik CAD-fájljaikat. A tervezők el is adhatják terveiket, hogy aztán a megrendelők printeltessék ki azokat.

A pénzügyi tranzakciókat, a gyártást, a szállítást és az ügyfélszolgálatot a Shapeways végzi. Eleinte kevés nyomtatóanyaggal dolgoztak, aztán nagyon belendült a biznisz. Jött a nejlon, a rozsdamentes acél, kerámiák, ezüst, akril, változatos matériák. 2012-ben Queensben nyitottak egy üzemet, ahol ötvennél több ipari printer dolgozik. 2018-ban a Stratasysszel állapodtak meg, hogy ügyfeleik többféle anyagból jussanak hozzá teljes színű (full-color) nyomatokhoz.

Printeltek már hollywoodi filmkaraktereket, a légjármű-ipartól az egészségügyig, változatos szektoroknak dolgoznak. A ZVerse céggel kötött 2019-es szerződés értelmében, annak CADaaS (CAD, mint szolgáltatás) platformján keresztül digitális tartalomszolgáltatásuk nagyon felgyorsult. A CADaaS lehetővé teszi szabványoknak nem megfelelő 3D fájlok optimalizálását, sőt, közvetlenül a Shapeways oldalán is létrehozhatók új 3D modellek.  

Ma már tízféle technológiával, 90 anyaggal dolgoznak, a világ majdnem minden pontjáról vannak megrendelőik. Kb. 160 országba, napi 6 ezer darabot gyártanak le.

„Ahogy belemegyünk 2021-be, fontos mérföldkövön vagyunk túl. Előre tekintünk, de emlékezünk a mindenki számára új kihívásokkal járó 2020-ban tanultakra. Termékeink jelentés része fogyasztóinknak köszönhető, együtt dolgoztunk arcmaszkokon és a Covid-19-cel kapcsolatos más dolgokon” – jelentette ki a 2018 óta vezérigazgató Greg Kess.

A megrendelhető termékek listája folyamatosan bővül, de ma már olyan egyedi darabokat is nyomtatnak, mint az „intelligens” méhkasok, terepjárók robusztus eszközei, kézműves sörök készítéséhez szükséges műszerek stb.

A Sciaky Inc. fémnyomtató-gyártó bejelentette, hogy elektronnyalábos additív gyártórendszereik (EBAM) 2020-ban rekordot értek el: 5443 kiló titánt printeltek rajtuk.

A csúcs és a szám azért is figyelemre méltó, mert tavaly márciustól tombol a Covid-19, akadoznak az ellátási láncok. A sikert gépeik magas lerakási rátájával magyarázzák. Másrészt, a járvány ellenére nőtt a légi és a védelmi ipari kereslet a printelt fémdarabok iránt. Az ezekről a területekről érkező meg nem nevezett ügyfelek prototípuskészítésre és kutatásfejlesztésre egyaránt használták a chicagói vállalat nyomtatóit.

Saját bevallásuk szerint a titánlerakásban az EBAM a legfejlettebb ipari 3DP folyamat, 2009 óta foglalkoznak vele.

A technológiát először szolgáltatásként kínálták, de 2014-től az érdeklődés jelentősen nőtt, stratégiai fontosságú szektorok képviselői jelentkeztek be a vállalatnál. Maga az EBAM irányított energia lerakási (DED) folyamat. Elektronnyalábos pisztoly rétegenként rakja le az anyagot, amíg a nyomat hálóformává áll össze.

A technológiát eddig öt nagyméretű printerbe integrálták, amelyek a Sciaky szerint a 3D fémnyomtató szektorban a legtöbbféleképpen skálázhatók, és akár hat méter hosszú nyomatot is képesek ötvözetekből elkészíteni. A teljesítmény és a kolosszális méretek mellett, printereik gyorsaságára szintén nagyon büszkék.

Printeltek már repülőgép-szárny belső szerkezetéhez alkatrészeket az Airbusnak, de tengeralattjárókhoz is kaptak megrendelést. Az utóbbi időben pedig folyamatosan több a munka – 12 légjármű projekttől keresték meg őket, és sokoldalúságukat bizonyítja, hogy van bennük minden: kutatásfejlesztés, prototípuskészítés, végfelhasználói termékek előállítása. Nagyon jó minőségű, például nikkel-réz ötvözeteket használnak, titán mellett többek között nióbiummal is dolgoznak. Technológiájukat katonai fejlesztésekhez is alkalmazzák: repülőgép-vázakhoz, futóművekhez, rakéták és járművek alkatrészeihez.

Elnézve a listát, nem csoda, hogy rekordot értek el. De vajon kik lehetnek az ügyfeleik?

A 3D nyomtatás számára a réz az egyik legnehezebben kezelhető anyag. Azért van így, mert erősen visszatükröző. Ha például lézerrel dolgoznak vele, a sugarak és a hő inkább visszatükröződik róla, mintsem elnyelné. A réz megtartja az energia egy kis részét, és így összességében alacsony sűrűségű darabokat állítanak elő belőle.

Az utóbbi időben mégis gyakran használják az additív gyártásban, többen, például a Markforged is (amelynek a termékeit a FreeDee forgalmazza Magyarországon). Készítettek már lényegében színtiszta réz nyomtatószálat (filament) is. Azért hasznos egy ilyen szál, mert a nyomat jobban vezeti az elektromosságot és a hőt.

Az emberi kultúra történelmében a vas melletti másik meghatározó fémmel már az ősidőkben, a kőrézkorban foglalkoztak. Azért szerették mindig, mert puha és jól nyújtható. E tulajdonságai mellett kiváló áram- és hővezetése is közismert még.

A svédországi Uppsala Egyetem és a grafénnal foglalkozó, szintén uppsalai Graphmatech szokatlan rézport fejlesztett együtt. Azzal a céllal vágtak bele a közös munkába, hogy sűrűbb tárgyakat nyomtassanak.

Az anyagot lézerfúziós eljárással, a fém felületét pedig grafénnal dolgozták meg. A 21. század „sztáranyaga” egyetlen atomnyi vastag grafitréteg, méhsejt-rácsos elrendezésű szénatomokból áll.

Az erejéről, masszívságáról, vezetőképességéről és könnyűségéről ismert grafénnal megoldották, drasztikus mértékben csökkentették a réz visszatükrözése által okozott problémát, az anyag máris sokkal jobban passzol a 3D nyomtatáshoz, egyszerűbb feldolgozni.     

A rézpor felületére integrált grafénnal nemcsak a visszatükröződés csökken, hanem a nyomatok is sűrűbbek. A csökkenés mértéke 67 százalék, amelyet a Graphmatech szabadalmaztatott graféntechnológiája segítségével értek el. A grafénnal kombinált réz jobban ellenáll a lézerolvasztásnak, ezzel pedig a végtermék kevésbé lesz lyukacsos.

A hibridanyag a hadiipartól az elektronikáig, különféle szektorok változatos alkalmazásaiban hasznosítható. A réz „burkolására” kialakított technikával más anyagok is fejleszthetők, de ez még a közeljövő. A Graphmatech mindenesetre bővíteni akarja a grafén additív gyártásbeli használatát.

A Connecticut állambeli InterPRO 3DP szolgáltatóiroda prototípuskészítéstől a CNC-ig, sebészeti műtéteket előkészítő printekig, változatos kínálattal fogadja ügyfeleit. Három új Origin One gép beszerzésével, nyomataik száma idén minimum megtriplázódik.

Az Origint tavaly decemberben vásárolta fel a Stratasys, One printereiket 2019-ben mutatták be. A felvásárlással a Stratasys bővítette polimeres additív gyártás portfolióját. Az Origin programozható polimerizáció technológiája kifejezetten a tömeges nyomtatást támogatja, amelyre egyre nagyobb az igény.

Az InterPRO igyekszik követni a trendet. 2020-ban egyetlen Origin One gépükön valamivel több mint 5 ezer nyomat készült el. A három új printerrel már januárban 2 ezret gyártottak le, éves szinten pedig akár a 40 ezret is elérhetik.

Printjeik többsége végfelhasználásra készült. Szolgáltatásaik népszerűek, így a döntést könnyen meghozták. Mivel az Origin gépein remek tulajdonságú anyagokkal dolgoznak, és a végeredmény túlmutat az átlagos, hőre keményedő darabokon, a vezetőség nyerő kombinációról beszél.

A cég a Stratasys partnereitől szerez be sok anyagot, például az egészen magas hőmérsékletet is jól tűrő Henkel IND403-at vagy a repülőgép-minőségű 3955-öt. Klienseik a kedvező minőség-ár arány, és ebből kifolyólag, az ipari alkatrészek középszériás gyártására való tökéletes alkalmassága miatt voksolnak az Origin One-ra.

A Stratasys Origin One P3 munkafolyamatában fényt, hőmérsékletet és más tényezőket pontosan összehangolnak, hogy erősen térhálósított, hőre keményedő nyomatok készülhessenek. A jól megtervezett anyagok, a gyorsaság, a minőségi felület, a konzisztencia eléri a fröccsöntött darabok szintjét. A gépekkel az InterPRO komplexebb, „tömegesen egyedibb”, kívánság szerint (on-demand) kialakított nyomatokat kínál, és minden bizonnyal az ügyfelek száma is jelentősen nőni fog. Nehezen formálható, körülményesen megmunkálható tárgyakhoz az Origin One gépek ideális printerek, ráadásul a Covid-19 nyers valóságában egyre nagyobb a 3D nyomtatás iránti igény.

A 3D Control Systems szoftverfejlesztő új munkafolyamat-irányító ZAP programját gépi tanuláson, a „jelen MI-jén” alapuló mesterséges intelligencia működteti.

A 3DP tevékenységeket átfogó platform rendeltetése, hogy csökkentse a rendszerek működésével kapcsolatos kiadásokat, és persze növelje is a hatékonyságukat. Nem egyedi cél, a legtöbb infokommunikációs vállalat ezen fáradozik, a ZAP viszont annál egyedibb.

A tervek megvalósításához gyártáskezelési funkciók komplett csomagját kínálják: gépfüggetlen gyártás-kivitelezési (MES) rendszert, termékek életciklusát kezelő megoldást, vállalati erőforrás-tervező lehetőségeket, minőségbiztosítást, ügyfelekkel való kapcsolattartást menedzselő technikát.

Az automatizált munkafolyamat-platform különböző 3D nyomtatórendszereket integrál, mentesíti a felhasználót jövőbeni technológiai integrációk kockázatától, kiiktatja a rendszerek vándoroltatásának, telepítésének és frissítésének a költségeit. Ezek a tulajdonságai igencsak vonzóvá teszik belső nyomtatóikat automatizálni, külső gyártásuk hatékonyságát növelni óhajtó, fejlett gyártóvállalatok számára.

Mivel mindegyik 3D printernek saját firmware-e és nyomtatószoftvere van, a sok additív gyártóműveletet végző cégeknek jól át kell gondolniuk a programok használatát. A ZAP pont ebben segít, ugyanakkor gépfüggetlen megoldásként nem helyettesíti a gépspecifikus nyomtatószoftvert.

Ezeknek a programoknak a zöme rendelkezik az integrációt biztosító alkalmazásprogramozási felülettel, így kompatibilisek az egyszerre több printert monitorozó, dashboardon pluszinformációkat (hatékonyság, adathasználat, költségek stb.) és elemzéseket szolgáltató ZAP-vel. Jelzi, ha bárhol kifogyóban a nyomtatóanyag, követi a nyomatok állapotát stb.

A 3D Control Systems gyártási módszereket összehasonlító, masszívan mesterséges intelligencián alapuló technológiája pedig lehetővé teszi, hogy a felhasználó döntsön az optimálisról.

A programcsomagot a tervek szerint SaaS (Software as a Service) formában kínálják, az árazás a gépek, szoftverplatformok, egyedire szabott modulok számának függvényében alakítják ki.

2D-s anyagok úgy programozhatók, hogy 3D-s formákká alakuljanak át. A felfedezés komoly hatással van és még inkább lesz a jövőben a puha robotikára, telepíthető rendszerek fejlesztésére és az élővilág mintázatait utánzó (biomimetikus) gyártásra.

A 3DP világában is új paradigmaként jelent meg.

Az így lehetővé vált technológiák egyike az Arlingtoni Texasi Egyetem fejlesztése: szintetikus 2D anyagokat alkottak, amelyek képesek komplex 3D-s alakzatokká átalakulni. Tudják az élő szervezeteknek azt a tulajdonságát utánozni, amelynek hatására a puha szövetek kitágulnak és összehúzódnak. Ennek következtében, 2D anyagok komplex 3D-s funkciókat és mozgásokat valósítanak meg.

A 2D anyagok vékony lapocskák, amelyek teljes egészükben a felületükből állnak, gyakran egyetlen atomnyi vastagok. Erősen rugalmasak és porózusak, ugyanakkor kemények, erősek is. Egyikük, a sok technológia Szent Gráljaként emlegetett grafén a legvékonyabb ismert 2D-s matéria. Mindent elárul róla, hogy vékonynak ugyan döbbenetesen vékony, viszont az acélnál is erősebb.

A fejlesztés részben az egyetemen néhány éve kikísérletezett 4D nyomtatási módszeren, digitális fényvetítéses litográfián alapult. Abból indultak ki, hogy biológiai rendszerekben többféle 3D formájú 2D-s anyag fordul elő, változatos funkciókkal. Az elő organizmusok komplex 3D alakjukat és funkcióikat gyakran puha szöveteik térbeli tágulásával és összehúzódásával érik el.

A kutatókat pontosan ezek a folyamatok inspirálták módszerük kidolgozására, 2D-s anyagok programozására. 2D nyomtatóeljárásukkal szimultán printelhetők olyan 2D matériák, amelyekbe egyedi terveket programoztak, és azok alapján, a felhasználó kívánsága szerint alakulnak át 3D szerkezetekké.

A technika több szempontból is előnyös: méretezhető, egyedire alakítható, telepíthető, meglévő 3DP módszerekkel kompatibilis, kiegészítik egymást.

Eljárásukkal – és egy desktop 3D szkennerrel – sikeres nyomatokat készítettek, köztük egy autómodellt is. Az úttörő technológiában sok potenciális alkalmazás rejlik.

A Természetvédelmi Világalap (WWF) szerint a Földön több mint 1,1 milliárd ember nem jut vízhez, és közel 3 milliárd valamilyen szinten átéli a klímakatasztrófa által felgyorsuló vízhiányt.

A GE Research eldöntötte, hogy valamilyen szinten igyekszik megoldást találni a problémára, és több amerikai egyetemmel a levegőt az életet fenntartó folyadékká átalakító, hordozható eszközt nyomtatnak.

Az AIR2WATER kezdeményezést az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának Fejlett Védelmi Kutatási Projektek Ügynöksége, ismertebb nevén a DARPA támogatja. Az ügynökség Légköri Vízkinyerés programjának szerves részét képező négyéves kutatásfejlesztéshez 14,3 millió dollárral járnak hozzá.

Mivel DARPA, és katonai projektről van szó, az eszközt először a hadsereg használhatja, de aztán nyilvánvalón máshol is elterjed, ahol szükség van rá. Elég kompakt és könnyű lesz ahhoz, hogy négy ember elbírja, ugyanakkor 150-nek tud majd elegendő napi vizet „termelni.”

Háborús zónákban nehéz és problémás a vízszállítás. Logisztikailag és árban egyaránt költséges, emberéletekbe kerülhet. A koncepcióhoz kapcsolódik, hogy a kockázat csökkentéséért, célszerűbb kicsi elosztott rendszerekben gondolkozni.

„Ezért van szükség a légkörből vizet kinyerő eszközre, amivel könnyítünk a logisztikán, a kiadásokon, és életeket mentünk meg” – állítja David Moore, a GE egyik szakembere.

Innovatív technikákat – szorbens (folyadékokat felszívató) anyagokat, hőtani folyamatokat és 3D nyomtatást – kombinálnak össze: szorbens anyagok szívják fel a levegőt, speciális printelt szerkezet viszi rá a hőt, amire az vízzé válik.

A fejlesztéshez mesterséges intelligenciát is fognak használni, MI vizsgálja majd a molekulákat. Az egyetemek egy-egy területtel foglalkoznak, az egészet a GE fogja át.

A New York Egyetem orvosi központja, a NYU Langone sebészei, a Materialise mérnökeinek segítségével múlt héten egy súlyos autóbalesetet szenvedett 22 éves betegen hajtották végre a világ első dupla kéz- és arcátültetését. A siker nagymértékben a 3D nyomtatótechnológiáknak, az általuk garantált személyre szabható megoldásoknak köszönhető.

A 3DP egyik úttörője, a belga Materialise technikái biztosították a komplex műtét gyors és pontos kivitelezését. Az átültetésektől a beteg életfunkcióinak, kinézetének és életminőségének jelentős javulását várják.

A csapatnak ugyan 14 hónapja volt az előkészületekre, viszont mihelyst találtak egy jó donort, 24 órán belül kellett lépniük. A Materialise szakemberei a páciens CT-szkenjei alapján készítették el az anatómiát, csontstruktúrát pontosan, részletesen visszaadó egyedi 3D modellt, amellyel a sebészek és a klinikai személyzet már tervezhetett, potenciális forgatókönyveket dolgozhatott ki.

Ezek után tudtak dönteni az operáció lebonyolítási módjáról, és találhattak ki pontos sebészi tervet. 3D modellezés nélkül képtelenek lettek volna rá.

A képalapú tervezés és az orvosi 3D nyomtatás a NYU Langone tudósai szerint forradalmasítja a mindig az adott egyénre kidolgozott egészségügyi beavatkozásokat, ráadásul ennyire precíz előkészületek mellett az operációt végző szakemberek is magabiztosabbak. Vezető kórházak pont ezért alkalmazzák előszeretettel a 3D megoldásokat, és mert így előrejelezhetőbb az egész műtét.

A technológia az orvosi implantátumok kiválasztásakor, optimális anatómiai elhelyezésük eldöntésénél szintén felbecsülhetetlen segítséget nyújt.

Mihelyst kész volt a sebészi terv, a Materialise kinyomtatta a műtéthez használt anatómiai modelleket és egyes műszereket is. Az egyiket csontrészek betegspecifikus pozícionálásához és rögzítéséhez használták. Az új technikai eszközök nyújtotta precizitással jelentősen lerövidítették a műtétet, amely így sokkal hamarabb véget ért, mintha hagyományosabb megoldásokat választanak volna.

Három ország, az Egyesült Államok, Brazília és Argentína uralja a világ szójabab-piacának közel 80 százalékát. Hárman együtt több mint 215 millió tonnát termesztenek évente.

A szójababot változatos termékekké dolgozzák fel, feldolgozás közben viszont elkerülhetetlenül vész kárba belőle, csak az USA-ban évi kb. 8 milliónyi növény kerül a szemétbe.

Kentucky szövetségi állam fővárosa, Louisville egyetemének Újrahasznosítható Energia Kutatási Központja és a Gépészmérnöki Kar kutatói közös projekten dolgozva, jelentették be, hogy szójababhéjat működő 3D nyomtatóanyaggá alakítottak át. Kezdeményezésüket 350 ezer dollárral az Egyesült Szójabab Testület is támogatta.

A szójafeldolgozásnál keletkezett hulladékból sikerült kinyerniük a természetes rostokat, amelyekből printelésre alkalmas kompozitot fejlesztettek. A biomasszát első körben alacsony kalóriatartalmú, cukorbetegek által fogyasztható cukorrá, xilózzá alakították, majd a nyomtatóanyag alapját adó, a kezdeti biomassza 80 százalékát kitevő természetes rostok következtek.

A jövőben több iparág használhatja az anyagot. Az újrahasznosítással a 3D nyomtatás világában egyébként is kedvelt körkörös gazdaság koncepcióját népszerűsítik tovább. Mivel egyre több cég keres fenntartható munkamegoldásokat, és igyekszik csökkenteni a hulladékot, pozitívan viszonyulnak az összes életképes ezirányú megoldáshoz.

Magáról a 3D nyomtatásról köztudott, hogy környezetbarátabb, kevesebb hulladékot generál, mint a klasszikus gyártótechnológiák.

A szójabab-rostok elvileg helyettesíthetik az additív gyártásban gyakran használt szenet és üveget. Ha sikerül, egyrészt csökkenthetik a nyomatok tömegét, másrészt erősebbek lesznek a printelt tárgyak. A kutatók ezért bizakodnak, hogy a növényi hulladékból nagyobb léptékű gyártásra is elegendő rostot képesek lesznek kinyerni, amelyet hatékonyan kombinálnak össze polimerrel, és máris jöhetnek a nyomtatószálak (filament).

Az 1995-ben alapított ExOne a binder jetting 3D nyomtatótechnológia úttörője és vezető világpiaci szereplője. Az idő- és költséghatékonyság elveinek megfelelően működő printereik a nyomtatóanyagokat (fémeket, kerámiákat, kompozitokat, homokot) gyorsan precíziós részekké, fémöntőformákká, innovatív szerszámkészítő megoldások alapjaivá alakítják. Gépeik mellett anyagokat és szolgáltatásokat is kínálnak.

A cég újabb anyaggal bővíti portfolióját, rendszereiken 23 anyaggal printelhetnek már. Az újdonság igazi különlegesség.

2019-ben kutatásfejlesztési licencet kaptak kerámia-fémkombinációjú nyomatok tervezésére. A licencet azóta kereskedelmi használatra is kiterjesztették, így innovációikból az additív gyártószektor más szereplői szintén profitálhatnak majd.

A por megkötésén nyugvó binder jetting specialistája az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumához tartozó legnagyobb energetikai laborral, az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriummal (ORNL) együttműködve dolgozik a kerámia-fém kombinált megoldáson. Módszerüket már beadták az USA szabadalmi hivatalába. Lehetővé teszi, hogy a nyomatba a megmunkálás/kezelés során jussanak be anyagok.

Technikájukkal bórkarbid szívódik alumíniumötvözetekbe. A gyémánt és a bórnitrid után a bórkarbid a piacon beszerezhető harmadik legkeményebb matéria.

A projektben résztvevő ORNL kutatócsoportot vezető David C. Anderson elmondta, hogy sikerrel jártak el a neutronok elnyeléséről és egyszerre masszív és könnyű súlyáról ismert kerámiából, a bórkarbidból álló nyomatokkal, amelyeket alumíniummal kevertek. Kerámiával megerősített fémmátrix (alumínium) kompozit lett a végeredmény.

Mit várhatunk a fejlesztéstől?

Például könnyű és masszív, neutronokat elnyelő nyomatokat; az anyag képalkotó, árnyékoló berendezések, komponensek gyártásánál lehet hasznos. „Zöld” szempontból is fontos innovációról van szó, mert a bórkarbid embereket és a környezetet egyaránt megvédheti káros sugárzásoktól.