FREEDEE BLOG

A holland Elisabeth-TweeSteden Ziekenhuis (ETZ) traumatológiai központ sebészei és kutatói 3D nyomtatótechnológiával igyekszik javítani a betegellátás minőségén. Munkájukkal elsősorban törött csontok mihamarabbi gyógyulását akarják elősegíteni.

Lars Brouwers 29 éves PhD-hallgató tavaly hívta fel magára a figyelmet, amikor bejelentette, hogy Den Boschból Sierra Leone fővárosába, Freetownba kocsikázik, magával visz egy (a Magyarországon a FreeDee által forgalmazott) Ultimaker 3D printert, és egy helyi kollégája közreműködésével műkezeket készít a rászorulóknak.

Brouwers törések kezelésének hatékonyságát vizsgálva, sérült csontokról készült szkeneket beteg-specifikus nyomtatott modellekké alakított át. A printelt csontokat sebészi beavatkozás előtti segédeszközként használták az orvosok, de betegek felvilágosításában is segítettek.

A kutató és kollégái szerint a modellekkel a sebész jobban átlátja a sérülést, tisztább képet alkot róla, mintha 2D képernyőn nézné a testrész 3D-s megjelenítését.

Műtéteket általában a csontról készült CT szken vagy a CT szken digitálisan renderelt változatának tüzetes tanulmányozásával készítenek elő. Ez a módszer ugyan komoly előrelépés a különösebb előkészítés nélküli operációból álló hagyományos megoldáshoz képest, viszont a 2D-ben megjelenített 3D mélységi és tájékozódási problémákat egyaránt felvet.

Itt jön képbe a konkrét, tapintható tárgyakat előállító 3D nyomtatás – a betegével azonos printelt csontokat az orvos kézbe veheti, megtapogathatja, egyszerűen jobban érzékeli a törést, és látja át a teendőket.

Brouwers a Philips IntelliSpace Portal segítségével végezte a szkenek nyomtatható modellé alakítását, a CT szkenformátum könnyű konvertálását 3D nyomtatóbarát STL-lé. A fájlok előkészítését, szeletelését Ultimaker Cura szoftverrel, nyomtatásukat Ultimaker 3 géppel kivitelezte.

A törött csont teljes szerkezetéhez vízben oldódó PVA segédanyagot használtak, hogy a sebészek a lehető legpontosabb modellt kapják. A folyamat annyira gyors, hogy CT szken után akár már egy nappal kezükben tarthatják a kész nyomatot.

Az eddigi eredmények bizakodásra adnak okot, speciális sebészeti méréseket használva kiderült, hogy a printelt csontokkal magasabb értékek érhetők el.

A 3DP átalakulóban van, az utóbbi években egyre fontosabb szerepet játszik a fémnyomtatás, az ipari alkalmazások szintén meghatározó jelentőségűek, és a tendencia minden bizonnyal folytatódik a közeljövőben. A terület kulcsszereplői ennek megfelelően cselekednek, s ha kell, át is alakítják üzleti stratégiájukat.

Így járt el a 3D nyomtatás egyik csúcsvállalata, a 3D Systems is, és úgy tűnik, a változásokat siker koronázza.

A nagyvállalat ugyanis némi késedelemmel közzétette 2017 negyedik negyedévi és egész éves pénzügyi jelentését. Mindkét számsor bizakodásra ad okot, mind a bevételi, mind a kiadási oldalon.

„2017-ben komoly eredményeket értünk el a cég stabilizálásában és további fejlődésében, amelyekkel leraktuk a következő évek növekedésének alapjait. Többéves átalakulási folyamatról van szó, de ezzel együtt nagyon örülünk az eddigi számoknak, amelyek jó kiindulási pontot jelentenek a hosszútávú fejlődéshez és profithoz” – nyilatkozta a VJ néven is emlegetett Vyomesh Joshi vezérigazgató.

VJ szavait alátámasztják a számok: a 3D Systems 177,3 millió dollár bevételt generált 2017 negyedik negyedévében. Termékeladásból 102,3, 3D szolgáltatásokból 75 millió jött össze. Az összesített 177,3 millió dollár 7 százalékos növekedést jelent a 2016 negyedik negyedévi 165,9 millióhoz képest.

A 2017-es 646,1 millió bevétel egyrészt megfelelt az előrejelzett 645-647 milliónak, másrészt 2 százalékos növekedés a 2016-os 633 millióval összehasonlítva.

John McMullen igazgatóhelyettes szerint a 2017-es siker kulcsa a szervezeti és operatív előrelépésben keresendő. A cég az IT infrastruktúra és az ellátási lánc optimalizálása terén kifejezetten eredményes megoldásokat vezetett be, amelyek jogosságát a számsorok is alátámasztják.

A 3D Systems pénzügyi beszámolójára a piac és a tőzsde egyaránt pozitívan reagált, a cég részvényei 11 százalékkal növekedtek.

„A kivitelezésre összpontosítottunk, amelyet az operatív hatékonyság és új, innovatív és diszruptív termékeink piacra vitele vezérelt. Meghatározó szerepet játszanak a 3D gyártás átalakulásában” – összegzett a Vyomesh Joshi.

Az amerikai haditengerészet, a U.S. Navy évek óta foglalkozik 3D nyomtatással – a technológiát többek között blokklánc-megoldások biztonságosabbá tételénél, jármű-alkatrészek előállításánál vagy éppen fogantyúk, markolatok készítésénél alkalmazták.  

A 3DP adatokra specializálódott Senvol, egy New York City székhelyű cég különleges szoftvert fejleszt a katonai szervezetnek – a program anyagfejlesztésnél, a próba-hiba folyamatok kihagyásával fog segíteni, amellyel komoly idő és persze pénz takarítható meg. A U.S. Navy az új fejlesztéssel „áramvonalasíthatja” 3DP kutatásait.

A szoftver az additív gyártási folyamatok paramétereinek és az anyagok teljesítményének figyelembevételével elemzi ezeket a kapcsolatokat, és a megbízható statisztikai alapokra hagyatkozva jó minőségű anyagok dolgozhatók ki. Ezzel pedig lerövidíti az anyagok tulajdonságainak meghatározásához szükséges hosszú teszteket, és így rövidebb idő alatt kidolgozhatók az óhajtott tulajdonságok, és elérhetik az elvárásoknak megfelelő értékeket (amelyeket eddig a tesztadatokból dolgoztak ki pontosan).

A szoftver moduláris valószínűség-alapú keretrendszert használ a 3DP adatok kezeléséhez. Az ICME (integrated computational materials engineering) rendszerben az adatok négy modulba csoportosíthatók: folyamatparaméterek, folyamatprofilok, anyagtulajdonságok, mechanikai teljesítmény.

A 3DP szoftvert működtető algoritmus számszerűsíti a négy modul közötti kapcsolatokat, és hogy melyik működését korlátozza, pörgeti fel egy-egy anyag, gép vagy folyamat. A program a mai mesterségesintelligencia-kutatás trendjeihez alkalmazkodva, nem meglepő módon fejlett gépitanulás-megoldásokat használ, de a fejlesztők nem elégedtek meg ennyivel, hanem gépilátás-algoritmust is kidolgoztak hozzá.

Az algoritmus valósidőben monitorozza és elemzi az adatokat, lehetővé téve a rendellenességek azonnali észlelését, e rendellenességek közötti viszonyok számszerűsítését, majd mindezek bedolgozását az anyagok mechanikai teljesítményébe.

A katonai szabványoknak megfelelő szoftver egyébként a haditengerészeten kívüli területeken, a 3D nyomtatás különféle alkalmazásaiban, az üzleti világban szintén hasznosítható. A Senvol kereskedelmi forgalomban is tervezi értékesíteni bármelyik érdeklődő vállalat számára, hogy képesek legyenek printelt alkatrészeik minőségellenőrzésére, pontosan meghatározni a kívánatos paramétereket.

Christophe Mouty 15 éve dolgozott a szemüveg szektorban, amikor megalapította az Octobre71 céget.

A startup személyre szabott napszemüvegeket gyárt, a honlapon a termékek súlyát, masszívságát és azt emelik még ki, hogy az ötlettől az utolsó simításokig 100 százalékban francia földön készülnek, 3D nyomtatással, a 2009-ben alapított és ma már méltán világhírű párizsi Sculpteo online (felhőalapú) 3DP szolgáltató közreműködésével. A helyi gyártás szempontjából előnyös 3DP nélkül egyik sem valósulhatott volna meg. (A Sculpteo olyan nagyágyúkkal dolgozik vagy dolgozott együtt a múltban, mint például az Amazon vagy a Carbon.)

A szelektív lézeres szinterezéssel (SLS) nyomtatott napszemüvegek 30 százalékkal könnyebbek, mintha hagyományosan műanyagból vagy acetátból lennének, a gyártáshoz használt nejlonpor, a poliamid miatt pedig nehezen törnek el. SLS-sel a polimer-részecskék a tervrajzban előre meghatározott formákba rendezhetők, plusz az eljárás gyors, megbízható és gazdaságos.  

Mouty addig kísérletezgetett az additív gyártás esetleges szemüveg-alkalmazásaival, amíg teljesen le nem döbbent, hogy milyen sok keret dolgozható így ki. Hamar felismerte a benne lévő üzleti potenciált, majd megalapította az Octobre71-t.

Jól indulnak, ráadásul az ELLE divatmagazin hamarosan nemcsak bemutatja a vásárlók óhaja szerint egyedire, méretre kidolgozható napszemüvegeket, hanem be is száll az értékesítésbe.

Az additív megoldást csak a kerethez használták, maguk a lencsék hagyományosak. (Pedig szemüveg-lencsék is printelhetők, és a terület világelsője, a szintén 2009-ben alapított holland Luxexcel már kiterjesztett valóság (AR) headsetekhez is nyomtat lencséket.)

Mivel a gyártás teljesen rugalmas, Mouty elmondta: a CAD tervezés és a 3D nyomtatás miatt annyira gyorsan elkészülnek a prototípusok, hogy a jövőben rendszeresen rukkolnak elő új kollekciókkal.

Egyelőre világos színekre korlátozódik a keretválaszték, de hamarosan bővülnek az opciók. Egy-egy darab 89 euróba kerül.

Fejlett 3D bionyomtatással és sejttenyésztési eljárásokkal ma már emberi szöveteket – majdnem – emuláló, azaz hajszálpontosan másoló biológiai szerkezetek készíthetők. A londoni Queen Mary Egyetem kutatói egy lépéssel még tovább mentek: munkájukkal elérték, hogy ezek a szerkezetek ugyanúgy tanulmányozhatók legyenek, mintha tényleg beültették volna őket az emberi testbe.

A kutatás sokat segíthet a rák elleni küzdelemben.

Biogyártással kapcsolatos vizsgálódásuk központi eleme az emberi testhez hasonló speciális tinta, pontosabban biotinta, amellyel kérés szerinti cseppek, a cseppekből pedig sejtszerkezetek mindenféle céllal nyomtathatók természetes szövetek natív környezetébe, magyarán a szervezetünkbe.

A tinta túlmutat az összes hasonló eddigi kezdeményezésen, mert azoknál sokkal aktívabban stimulálja a sejteket. A kutatók pedig meg tudják vizsgálni, hogyan viselkednek a sejtek a munkához használt testszerű mesterséges környezetben. A végcél komplex biológiai forgatókönyvek, például ráksejtek fejlődésének és az immunsejtek egyéb sejtekkel folytatott interakcióinak tanulmányozása, majd új gyógyszerek fejlesztése a rák és más súlyos betegségek ellen.

Nehéz feladat, viszont a kutatók által kidolgozott módszerrel előállítható nanoszintű molekuláris ön-összeszerelő biológiai szerkezetekkel kivitelezhető, amit a mikro- és makroszintű 3D nyomtatás tesz lehetővé. A szerkezetek molekuláris precizitása miatt lehetséges különböző testrészek és szövetek élethű másolása és in vitro modellek készítése gyógyszertesztekhez.

„A módszerrel lehetővé válik, hogy különböző biomolekulák printelésével pontosan definiált többszintű 3D szerkezeteket szereljünk össze. A tinta ön-összeszerelő funkciója miatt nyomtatás közben és után is kontrollálhatók, majd finomhangolhatók a sejt viselkedését meghatározó vegyi és fizikai tulajdonságok” – magyarázza Clara Hedegaard, a kutatást ismertető tanulmány elsőszámú szerzője.

A Markforged a 3D nyomtatás egyik kortárs úttörője. A technológia leegyszerűsítését célzó innovatív megoldásaikkal és kompozitanyagokkal, valamint fémekkel dolgozó gépeikkel (Mark X, Mark 2, Onyx One, Onyx Pro) hetek-hónapok helyett egy-két napra csökkentenék az ötlet és a végtermék közti időt.

Ezt szolgálja a 3D printerfarm, az egyetlen szupergép helyett desktop-méretű gépekből összeállított rendszerük. Az övék a szénszáltól a fémekig erős alkatrészek teljes skálájának printelésére alkalmas, számításifelhő-alapú platform, az Onyx is.

A gyártók folyamatosan hallják, hogy a 3DP növeli a termelékenységet, felgyorsítja a termelést, teljesen új termékek létrehozását teszi lehetővé. De mivel viszonylag új technológiáról van szó, és kevés a valóban szakértő, egyszerűen nem tudják, hogyan fogjanak neki.

Ebben (is) szeretne segíteni a Markforged.

A cég nemrég tájékoztató tanulmányban (Guide to 3D Printing on the Production Line) részletezte, hogy az ipar hogyan képes a 3DP-t a gyártási folyamatba, gépsorokba integrálni. Az útmutatás a költségeket, gyári alkalmazásokat, anyagokat egyaránt elemzi, és az additív gyártást ajánlja javító és karbantartó munkákhoz.

Elmagyarázzák a 3DP rendszerek használati módját, hangsúlyozva, hogy a technológia nem a nagyszériás gyártófolyamatokat, például az öntést helyettesíti, hanem más, speciális területeken (is) célszerű alkalmazni, vagy a klasszikus eljárásokat kiegészíteni vele, és így drasztikusan csökkennek a termelési költségek.

Három lehetőséget azonosítanak: a költségeket, mint hajtóerőt, gyári alkalmazásokat, és a karbantartáshoz, javításhoz, működtetéshez használt anyagokat.

„A modern gyártásnak új eszközök és perspektívák kellenek a versenyképesség megőrzéséhez. Az additív gyártással drámai módon csökkenthetők a karbantartáshoz, javításhoz és működtetéshez kapcsolódó szerszámkészítés, illetve alkatrészgyártás költségei” – magyarázza a befektetések megtérüléséhez kalkulátort is kínáló Markforged.

A cég termékeit a FreeDee forgalmazza Magyarországon.

Az utóbbi években több nagy autógyártó használja a 3D nyomtatást alkatrészek előállítására, szerszámkészítésre. Készleteiket csak szükség esetén bővítik, mert a digitális technika lehetővé teszi, hogy drága részek ne porosodjanak évekig.

Azaz a 3DP autószerelésben, hibás darabok lecserélésében is egyre fontosabb szerepet játszik. Hagyományos eljárásokkal összehasonlítva, az additív megoldással rengeteg pénz spórolható meg.

A 2019-ben remélhetőleg késztermékkel záruló Szerelőbot a melbourne-i Swinburne Műszaki Egyetem, a nonprofit Innovative Manufacturing Cooperative Research Centre (IMCRC) és az ipari automatizációval foglalkozó Tradiebot Industries vállalat nagyjából 1 millió amerikai dolláros közös projektje.

A projekt rendeltetése olcsó gyorsszerelő szolgáltatás létrehozása járművek műanyaggal történő bevonására és alkatrészek összeszerelésére, amellyel karambolokban megsérült autókat javítanának meg. A botot 3D szkenneléssel, robotikával és 3D nyomtatással állítják elő.

Nagy műanyagrészek digitalizálásához és elemzéséhez, majd az adatok alapján történő automatikus javítás kidolgozásához speciális technológiákat fejlesztenek. Az additív gyártást az új alkatrészekhez használják, és a nyomtatóanyagot feltehetően különféle szálakkal erősítik meg.

A printelt darabokat 3D szkenneléssel elemzik, az összeszerelést pedig robotkarral felszerelt automatizált rendszer végzi.

Mindhárom fél egyetért, hogy tipikus ipar 4.0-ás megoldáson dolgoznak.    

Korábban menthetetlennek tartott járművekről van szó – hangsúlyozzák a fejlesztők, hozzátéve, hogy környezetbarát technológiájukkal csökkennek a költségek, gyorsabban végzik el a munkát.

A Javítóbotnak jók az esélyei, hogy a globális szerelőüzlet meghatározó aktorává váljon.

„Különleges együttműködésünk befektetés a fejlett gyártótechnológiákba, és egyben igyekszünk fel is fedezni a bennük rejlő potenciált. Jó példázza, hogy kutatás vezette innovációval az ausztrál gépjármű-szerelő ipar eleget tehet a világgazdaság kihívásainak, és élhet annak lehetőségeivel” – nyilatkozta David Chuter, az IMCRC vezérigazgatója.

Az ipari alkalmazásokhoz kapcsolódó fémnyomtatás a 3DP már a jelenben is egyik egyre izgalmasabb, a jövőben pedig a mainál még fontosabb szerepet játszó területe.

A fémprinterekre specializálódott ausztrál Aurora Labs különlegesen nagy, 1,5x1,5x2,5 méteres gép tervével állt elő. Az ambiciózus vállalkozás végeredményeként azonban nemcsak méretében, hanem gyorsaságában is egyedi, a mostani rendszereknél százszor sebesebb printerrel lepnék meg előreláthatólag 2019-re a világot.

A cég saját technológiát dolgozott ki, és tesztel jelenleg. A név – nagyméretű nyomtató (Large Format Printer, LFP) – magáért beszél. Az Aurora többi rendszerénél (S-Titanium Pro, Medium Format Printer) használt módszereket úgy alakítják át, hogy óriásgépen is funkcionáljanak. Ezek a rendszerek három módban működnek: közvetlen fémes lézeres szinterezéssel (DMLS), szelektív lézeres olvasztással (SLM) és irányított energia lerakódással (DED).

Az LFP technológia az Aurora marketingigazgatója, Nathan Henry elmondása alapján egyrészt ugyanaz a kombináció, mint a többinél, másrészt sok szempontból mégis más. Eleve úgy tervezik, hogy megoldja a printerek gyorsaságát hátráltató problémákat.

A marketingigazgató ennél többet nem árult el, a rendszer paramétertesztjei viszont sikeresek. A gép már jelenállapotában ugyanolyan gyors, mint a kereskedelmi forgalomban beszerezhető többi 3D fémnyomtató. Mivel a fejlesztés elején tartanak, az Aurora vezetői gyorsaság helyett lassúságról, „kötelező első lépésről” beszélnek.

„Egyszerű részek lassú nyomtatásán a mai fémprintereket, gyorsaságon pedig komplex részek a mostaninál százszor gyorsabb printelését értjük. Nagyon várjuk, hogy a fejlesztés újabb eredményeit, majd a technológia kereskedelmi forgalmazását is bejelenthessük” – magyarázza David Budge ügyvezető igazgató.

A cég nemrég kötött 100 ezer dolláros szerződést a Brit Nemzetközösség Tudományos és Ipari Kutatási Szervezetével (CSIRO). Mindkét fél célja, hogy minél több 3D fémprinter kerüljön kereskedelmi forgalomba.

Természetesen az LFP technológia is.

A Stratasys és a szingapúri SIA Engineering Company (SIAEC) repülőgép-karbantartó vállalat alkatrésznyomtató szolgáltatás-központot létesít kereskedelmi gépekhez. A két cég közös vállalkozásról szóló megállapodást írt alá, amelynek értelmében a SIAEC 60, a Stratasys 40 százalékban lesz tulajdonos.

A projekttel kapcsolatban a Stratasys öntőformák és szerszámok 3D nyomtatását ismertető hőalapú speciális eljárásról (FDM thermoforming) tett közzé tanulmányt, az anyag végén leírva a néhány esettanulmánnyal szemléltetett technológia ipari és üzleti előnyeit – csökkennek az előállítási költségek, rövidül a gyártási idő stb.

Az első megállapodást tavaly áprilisban írták alá, és Ilan Levin, a Stratasys vezérigazgatója hozzáfűzte, hogy elkötelezettek a 3DP légjármű-ipari alkalmazásai mellett, segítenének a karbantartás, javítás, felújítás szegmens kihívásainak kezelésében, valamint minden 3DP-val kapcsolatos repülőipari megoldásban is.

Szingapúrban nagyon népszerű a 3D nyomtatás, a városállam óriási potenciált lát benne, és az állami támogatás és közreműködés ugyan még nem akkora, mint Dubaiban, de a miniatűr ország az ázsiai kontinensen így is a szakterület vezető nagyhatalmai közé tartozik.

Az új szolgáltatásközpontban tervezési, mérnöki és hitelesítési támogatást nyújtanak, és természetesen az alkatrészgyártásban is segítenek. A kliensek között légitársaságokra, eredeti felszereléseket gyártó cégekre és karbantartási, javítási, felújítási szolgáltatókra számítanak.

A repülőgépek külső szerkezetéhez fémrészeket nyomtató Sintaviaval ellentétben, a központban elsősorban FDM/FFF technológiát, külváz helyett pedig a belső kabinhoz gyártanak dolgokat. Karbantartóknak szintén akarnak eszközöket készíteni.

„Az additív technológiák egyre nagyobb elfogadottságával, közös vállalkozásunk ki fogja elégíteni a repülőipar 3D nyomtatással kapcsolatos elvárásait. Nagyon várjuk a Stratasys-szel való együttműködést” – nyilatkozta Png Kim Chiang, a SIAEC vezérigazgatója.

A 3D nyomtatás egyik fontos eleme a megosztás, alkotók például a Thingiverse vagy a Pinshape platformon teszik közkinccsé CAD-modelljeiket. Az anyagokat letöltik, kinyomtatják, és gyümölcsöző együttműködések alakultak ki így.

A módosítás, népszerűbb kifejezéssel „remixelés” nem egyszerű feladat. Különösen akkor nem, ha a modellnek funkcionális és mechanikai aspektusai is vannak. Mechanikus rendszerek nyomtatható modellek közötti váltogatásánál az egyik kiválasztott elem x tervező, egy másik pedig y tervező munkája. Gyakran simán megy, máskor viszont komoly kompatibilitási problémák merülnek fel eltérő megoldások egybekombinálásánál, és nem egyszer szörnyszülött az eredmény.

A potsdami Hasso Plattner Intézet kutatói többször látva, hogy makereknek sehogy sem megy a különféle modellekből kiszedett részek egybepasszintása, a remixelést leegyszerűsítő szoftvert fejlesztettek a probléma, nyomtatott gépek integrálásának megoldására.

A Grafter nevű szoftver a remixelés újraértelmezése: egyedi részek különféle modellekből való kiszedegetése helyett több részből álló teljes mechanizmusokat azonosít, és nem ezt innen, azt onnan alapú válogatásra/csipegetésre, hanem a teljes rendszer új modellbe történő átemelésére serkenti a felhasználót. Így az egyedi mechanizmusok funkcióinak feláldozása nélkül tudunk egyetlen komplex rendszerben összekombinálni különböző printelt gépeket. A folyamat felgyorsul, és természetesen garantált a kompatibilitás.

A Graftert bemutató tanulmányhoz a kutatók egy csoporttal gépeket remixeltettek a szoftverrel, az eredeti modellek mindegyikéből mechanizmusokat tartalmazó új gépet kellett alkotniuk. Egyesek ugyan szenvedtek, de a többség sikeresen abszolválta a feladatot. A csoportban nem voltak 3DP specialisták.

Rossz hír, hogy a fejlesztők egyelőre nem akarják piacra dobni a Graftert, a prototípust eleve Rhino pluginnek szánták, nem a közkinccsé tétel volt a cél. Új keretek között akarták megmutatni nyomtatott részek remixelhetőségét, de a hangsúlyt már a fejlesztés első lépéseitől a mechanizmusokra, s nem a részekre helyezték.