FREEDEE BLOG

Az egészségügy a 3D nyomtatás egyik legismertebb és leglátványosabb alkalmazási területe. Művégtagoktól beültetésekig, sebészi beavatkozások előkészítésétől állatok megmentéséig, egyénre szabott gyógyszer-tervektől a bioprintingig, szövetekig, a medicina számos területén élnek a technológia adta lehetőségekkel.

Az évek alatt egyértelművé vált, hogy a 3DP javít az életminőségen. Legújabb példája a Salzburgi Egyetemi Kórház úttörő műtéte, melynek során, Európában először, sebészek sikeresen ültettek az ötvenöt éves páciens fejébe 3D nyomtatással készült koponyaprotézist. A technológia klinikai alkalmazásában a kórház a kontinens vezető egészségügyi intézményei közé tartozik.

Az illető a craniosynostosisban szenvedett. A koponya jellegzetes elváltozása újszülötteknél akkor történik meg, ha egy vagy több varrata idő előtt túlszaporodik, a csontok túl hamar egyesülnek. Nem a csontnövés, hanem az agy egyéves korig tartó túl gyors növekedése okozza a szokatlan deformációt.

Az érintetteknél ez a koponyán belüli nyomás növekedéséhez, a növekedés miatt vaksághoz és szellemi fogyatékhoz vezethet. Az elváltozott koponya és látványa lelki stresszt szintén kivált. Az ilyen típusú és más kockázatos műtéteknél a 3D nyomtatás egyre fontosabb szerepet játszik, mind gyakrabban használják.

„Eleve azt terveztük, hogy a hiányzó nyakszirtet protézissel pótoljuk. Azonban észrevettük, hogy a fejbőr nagyon feszes, és alig nyúlik” – nyilatkozta a kórház arc- és szájsebészeti klinikáját vezető Alexander Gaggle professzor.

Emiatt a műtét előtt műanyag gömböt ültettek a beteg fejbőre alá. A kezelés során sóoldatot tettek a gömbbe, hogy az óhajtott printelt protézissel azonos méretű legyen.

3D nyomtatással készült protézissel a klinikán még nem végeztek beültetéses műtétet, és még a nyomatot is helyben készítették. A számítógépes modell kidolgozásánál CT-képeket használtak sablonokként, a szkenner sokat segített a pontos kialakításban, különböző tömörségű szövetek vizualizálásában. A nyomtatáshoz az egészségügyi szabványoknak megfelelő, steril folyamatot garantáló Kumovis R1 gépet és PEEK (poliéter-éter-keton) anyagot használtak. A nyomat tíz óra alatt készült el.

Hat héttel az operáció után a páciens elégedetten nyilatkozott. A sebek nagyjából begyógyultak, és egyáltalán nem érzi úgy, mintha implantátum lenne a fejében. Élete álma valósult meg – mondta.

Az adóév végével, a jó eredményekkel, újabb egyesülésekről, akvizíciókról és központnyitásokról is szólnak a 3DP világ hírfolyamai. Legutóbb a terület egyik úttörője, a Markforged költözött új globális „főhadiszállásra.” Nem mentek messzire, Massachusetts államban maradtak, welthami épületük több mint tizenegyezer négyzetméter.

Örülnek a váltásnak, mert így bostoni és Boston környéki alkalmazottaik egy helyen dolgozhatnak, erősödik a közösség, hatékonyabbá válik az együttműködés.

Korábban két épületben voltak. Az egyik a vállalati központnak, a másik a kutatási, fejlesztési és mérnöki tevékenységeknek adott otthont a szintén Massachusetts állambeli, Bostonhoz közeli Watertownban. A vezetőség bizakodik, hogy egy fedél alatt hardver-, szoftver- és nyomtatóanyag-fronton egyaránt felgyorsulnak a fejlesztések.

„A költözés fontos mérföldkő a Markforged életében. Lehetővé teszi csúcstechnológiák a korábbinál gyorsabb fejlesztését, így gyártóügyfeleink a világ minden pontján támaszkodhatnak ránk, amikor gyáraikban készítenek kritikus alkatrészeket” – jelentette ki Shai Terem vezérigazgató.

A központ modern épület, tágas és világos belsejével, nyílt munkahelyiségeivel, tárgyalóival és számos kikapcsolódásra, pihenésre használható terével a várakozások szerint inspiráló hatással lesz az alkalmazottakra. Mivel a vezetők, a marketingesek, értékesítők, gazdasági szakemberek és a mérnökök egy helyen dolgoznak, jobban beindul a részlegek közötti szinergia, felgyorsul a kommunikáció.

A Markforged termékeit a FreeDee forgalmazza Magyarországon. 

Megjelent a 3D nyomtatás éves „Bibliája”, a Wohlers Beszámoló 2023-as (immáron huszonnyolcadik) kiadása, harmincöt ország kilencvenhét szerzőjének a munkája. Mellettük 412 vállalat vett részt a 425 oldalas anyag kidolgozásában. Az anyag sok és változatos témát lefed, köztük a körkörös gazdaságot, az újrahasznosítást – utóbbi kettő kiemelten fontos –, a 3DP egészségügyi szerepét, illetve olyan nyomtatótechnikákat, mint például a binder jetting.

A piacelemzés különféle 3DP folyamatokra, felhasznált anyagokra és az alkalmazásokra, vagy a végtermékekre egyaránt kitér. Idén az utóbbiakra külön hangsúlyt fektettek.

Kiemelik az additív gyártószektor terjeszkedését, pandémia utáni, 2022-es helyreállását. Ez számokban is kifejeződött, mert a tavalyi növekedés kétszámjegyű, 18,3 százalékos volt. Ilyen mértékű növekedés nyilvánvalóan növeli a befektetői kedvet.

Az additív gyártással készült végtermékek száma nő, a terjeszkedés folyamatos és látványos. További szabványok kidolgozásával és elfogadásával a trend erősödése várható, még több szektorban készítenek nagyobb kritikus nyomatokat – véli Terry Wohlers, a Wohlers Associates tanácsadói szolgáltatás és üzleti intelligencia (BI) részlegének vezetője.

A piac gyorsan fejlődik, dübörög az automatizáció, egyre több a gyártásra összpontosító megoldás, terjed a sorozattermelés. A fejlesztésekben a kezdeményezéseket javasló és a technológia alkalmazását promótáló állami szervezetek is részt vesznek.

A fenntarthatóságot (a tavalyihoz hasonlóan) ez a beszámoló is kiemeli, új dolgok régi és új eszközöket kombinálva hozhatók létre, csökken a munka közben keletkezett hulladék mennyisége. Az elemzők a fiatal munkaerő bevonására is kitérnek – hogyan lehet vonzó számukra a 3DP?

Persze egy ilyen kérdést mindig könnyebb feltenni, mint válaszolni rá.

A különféle 3DP fájlmegosztó oldalakról (Thingiverse, MyMiniFactory stb.) letölthetünk modelleket, viszont ha nagyon személyre szabottat, sajátot akarunk, célszerű a 3D modellező szoftverek használata. Egyre több van belőlük, a Blender, a Maya és az Autodesk 3ds Max-a a legismertebbek. Egy negyedik, a megtévesztő nevű (de nem ingyenes) Cinema 4D népszerűsége is folyamatosan nő.

Az első változatával 1990-ben indult programot eredetileg nem feltétlenül 3D nyomtatásra, hanem 3D modellezésre, animációra, szimulációra és renderelésre találták ki, mozgó grafikákhoz és játékfejlesztői berkekben kifejezetten népszerű.

Népszerűsége gyorsaságának, rugalmasságának és intuitív jellegének tudható be. Viszont kevesen tudják róla, hogy 3D nyomtatáshoz is készíthetünk vele modelleket, additív gyártás kapcsán első szoftverként biztosan nem a Cinema 4D ugrik be.

Ettől még persze sokan használják, népszerűsége sem a véletlen műve. Egyik oka a könnyű használat, sok funkciójával kezdők is elboldogulnak, gyorsan beletanulnak, és hatékonyan alkalmazzák. Egyes funkcióit pedig nagyon izgalmasnak tartják, például sok a textúra-készítésre alkalmas eszköz, masszív a tartalomböngésző, integrált a ZBrush.

Talán a legfontosabb, hogy támogatja a 3D nyomtatásban legelterjedtebb STL fájlformátumot. Más népszerű formátumok, mint az OBJ és a 3MF viszont nem működnek, így ha printelni akarunk, akkor kötelező az STL.

A projekt léptékét és a méretet egy milliméterre kell beállítani, a Phong Shading funkciót pedig a Phong címke törlésével tiltsuk le. Utóbbi azért fontos, mert a szoftver ugyan simává teszi a nyomatot, a modell viszont a printelés szempontjából előnytelen, négyzet alakú sokszögekből áll össze. A simává tételt jobb, ha manuálisan végezzük. A Kivágás megtekintése beállítás és a zoom módosításával keresztmetszeti nézetet kapunk. Ebből a nézetből jól látjuk a kijavítandó hibákat, és így nyomtatás előtt megoldjuk a problémát.

A fehérjék „építőkockái”, a peptidek meghatározott sorrendben összekapcsolódó aminosavakból álló polimerek. Maguk a fehérjék egész pontosan polipeptid molekulák, és annyiban különböznek a peptidektől, hogy hosszúak, amazok pedig rövidek.

Kínai és amerikai kutatók aminosavakat, peptideket nyomtatható és formákba önthető, áttetsző biomolekuláris üveggé alakítottak át. Mivel ez az üveg biológiailag elég hamar lebomlik, italpoharak bajosan készíthetők belőle. A pohár a benne lévő folyadék miatt bomlásnak indulna.

A kísérlet úttörő és egyedi, mert korábban még senki nem próbált bioanyagokat üvegesíteni.

A szabványüveg szervetlen molekulákból, főként szilícium-dioxidból készül. Az összetevőket magas hőmérsékleten olvasztják meg, majd gyorsan lehűtik. Az anyag viszont hiába újrahasznosítható, rengeteg üveg marad a talajban, ahol a bomlási folyamat évezredekig eltarthat.

Az aminosavakat mikroorganizmusok könnyen lebontják, és nem a szeméttelepen töltenek éveket, hanem az üvegben lévő tápanyagok hamar visszakapcsolódnak az ökoszisztémába. Újrahasznosítható, lebomló és jótékony hatású anyagok fejlesztése a fenntartható jövőt szolgálja, és a belőlük készült nyomatok is környezetbarátok.

Ha a peptideket felmelegítik, a molekulák olvadás előtt elkezdenek szétválni. A kutatók úgy változtatták meg az aminosavak végét, hogy másként tevődtek össze, amivel megakadályozták a bomlást. A módosított aminosavakat olvadás után nagyon gyorsan fagypont alatti hőmérsékletre hűtötték, így megőrizhették folyékony elrendeződésüket. Ezt követően addig hűtötték őket, amíg üveggé szilárdultak. Az üveg szobahőmérsékleten is szilárd halmazállapotban maradt.

Az eljárással aminosavak, peptidek megszilárduláskor nem válnak kristályszerkezetekké, az üveg nem lesz zavaros, viszont egyes esetekben a kutatók színeződéseket vettek észre. Emésztőnedvekkel és komposzttal összekeverve, a vegyi módosítások függvényében, néhány hét és több hónap közötti időszakig tartott a lebomlás.

Az üveg egyelőre inkább kuriózum, mint hasznosítandó termék, a kísérlet viszont nagyon fontos, mert új anyagok kutatását vetíti előre. Mivel biológiailag lebomlik, nagyon nedves környezetekben nem ajánlott, azokat jobban bírják a szervetlen molekulákból álló, szilárdabb szabványüvegek. Rugalmas miniatűr eszközökben, például mikroszkóp-lencseként viszont jól kiaknázhatók ezek a tulajdonságok.

A Markforged 2022-es 101 millió dollár bevétele tizenegy százalékos növekedés 2021-hez képest. A vállalat számára külön öröm, hogy a növekedés organikus. 2022 és 2021 utolsó negyedéve között szintén tizenegy százalék, 29,7 millió szemben 26,6 millióval a különbség.

Shai Terem vezérigazgató elégedett. Elmondta, hogy a Digital Forge-ot a kihívások ellenére világszerte egyre többen használják, pedig az akadozó beszállítói lánc problémákat okoz, az FX20 bevezetése, valamint a Teton Simulation és a Digital Metal akvizíciója viszont tovább erősítette cége pozícióit.

A makrogazdasági bizonytalanságok miatt a gyártók ugyan elodáztak vásárlásokkal kapcsolatos döntéseket, de a vállalat ennek ellenére jelentős, harminchat százalékos növekedést könyvelhetett el Európában, a Közép-Keleten és Afrikában (EMEA), illetve az Ázsia-Csendes-óceán (APAC) térségben, az utóbbiban húsz százalékkal javultak a számok.

Az FX20 kereskedelmi forgalmazása 2022-ben indult, és a kereslet máig meghaladja a Markforged elvárásait. Az összeolvadás és akvizíció stratégia szintén sikeres, a Teton Simulation és a Digital Metal termékeivel tovább bővült a vállalat kínálata. A Teton technológiáját, a Simulation funkcióval a Digital Forge-ba integrálták, az összes fogyasztó tesztelheti az öt bétapróba-változatot, eddig többezren regisztráltak a tesztre. A Simulation komponens „szoftver, mint szolgáltatás” előfizetéssel lesz használható.

A vállalat 2022 negyedik negyedévében a működtetési költségek terén is elérte célkitűzéseit. A második negyedévben, a Teton Simulation és a Digital Metal akvizíciójának hatására, közel húszmillió dollárral csökkentek ezek a kiadások, másrészt az azt megelőző másfél év infrastrukturális beruházásai is elkezdték éreztetni a hatásukat.

A Markforged ezen a területen s tavalyinál is jobb számokat vár 2023-ban. Az egészéves bevételt 101 és 110 millió dollár közé lövik be, figyelembe véve a bizonytalan világgazdasági környezetet, mély recesszióval viszont nem számolnak.                  

A Markforged termékeit a FreeDee forgalmazza Magyarországon.

A Torontói Egyetem Yu Zou professzor által vezetett kutatócsoportja a felsőoktatási intézmény 3D fémnyomtatás laboratóriumában, egyelőre az SLS (szelektív lézeres szinterezés) és a DED (közvetlen energialerakás) technológiákra fókuszálva, gőzerővel dolgozik az additív gyártás továbbfejlesztésén. A gyártófolyamatok mögötti fizikai jelenségek feltárásával, a 3DP robusztusabbá tételével, valamint új anyagok létrehozásával igyekeznek elérni céljaikat.

Új kísérleti és elemzőmódszerekkel próbálják jobban megérteni az SLS és a DED technikákat. Jelenleg fejlett acélokkal, nikkelalapú szuperötvözetekkel és magas entrópiájú ötvözetekkel foglalkoznak, de a közeljövőben titán- és alumíniumötvözetekkel bővülhet a lista.

A hagyományos ötvözettervezésben az új anyagok létrehozásához és teszteléséhez szükséges rengeteg feldolgozási idő az egyik legkomolyabb akadály, amely additív gyártással kiküszöbölhető, és így az anyagok gyorsabban megismerhetők.

A kutatók elmondták, hogy az intelligens gyártáson is dolgoznak, mert a 3D fémnyomtatás oda vezet. Például printelés közben a nagyenergiájú lézer és az anyag közötti interakció csak néhány mikroszekundum, viszont ilyen rövid idő alatt is fontos fizikai jelenségek mennek végbe. Az adatokat viszont rögzíteni kell, mert csak úgy lehet az elemzésükhöz használt gépitanulás-módszert egyedire kialakítani.

A laboratórium fémnyomtatóiba gyors infravörös kamerarendszert integráltak, illetve a printer által felvett képeket – a nyomatokat – elemző, főbb jellemzőket kivonatoló monitoring rendszert is fejlesztettek. A gépi látás fejlődésével, jól begyakoroltatott mélytanulás-modellekkel eddig emberi szemre bízott alapfeladatok automatizálhatók: osztályozás, szegmentálás, detektálás.

A gépi tanulást és a mélytanulást teljesen autonóm 3D nyomtatórendszer fejlesztésére is fel szeretnék használni. A rendszer automatikusan észlelne és kijavítana a nyomatban később megjelenő hibákat. Ha az ilyen printerek elterjednek, a fémalapú additív gyártást a mainál szélesebb körben, több iparágban fogják alkalmazni.

„A 3D fémnyomtatás potenciálisan forradalmasíthatja az általunk ismert gyártást. Robusztus autonóm rendszerekkel, működtetési költségük drasztikusan csökkenthető, így pedig az additív gyártás jobban elterjed” – magyarázza Zou.

A szilikon biokompatibilitása, hővel, vegyi anyagokkal és nedvességgel szembeni ellenállóképessége miatt ígéretes anyagnak számít, egyes tulajdonságai viszont komoly kihívás elé állítják a 3D nyomtatást: rugalmas, de ellentétben az FDM/FFF eljáráshoz alkalmazott nyomtatószálakkal, olvasztás után már nem lehet újra szilárddá tenni.

Ezért folyékony halmazállapotban printelik, és azt követően szilárdítják meg végérvényesen. A formák összetettsége szintén problémás: hogyan lehetünk biztosak abban, hogy a nyomat nem esik szét?

Ezekre a kérdésekre ad választ a speciális „fürdőben” történő printelés: az egymást követő rétegek lerakása segédanyagként funkcionáló szilikonolajos környezetben történik.

A Florida Egyetemen az agy véredényeinek próbálják elkészíteni a pontos másolatát. Szilikonalapú 3D nyomtatást használnak, új nyomtatóeljárást fejlesztettek hozzá. Az AMULT az „ultraalacsony határfelületi feszültség melletti additív gyártás” rövidítése, és a nyomtatási közegként működő, szilikonolajban lévő mikro vízcseppek emulziójából (folyadékrészecske szétosztása egy másik folyadékban) álló anyagfürdő a lényege.

Agyi véredények így másolhatók legjobban, mert a technikával négy mikrométeres modellek is kialakíthatók.

A kutatók abból indultak ki, hogy a szilikonolaj és a szilikon tinták közötti valószínűsíthetően minimálisra csökkenthető a feszültség, ugyanakkor különböznek is annyira, hogy nyomtatásnál sem válnak eggyé.

Sikerrel jártak, nagy felbontású, nyolc mikrométer átmérőjű, nyújtható és tartós szilikonszerkezeteket printeltek. Több segédanyag tanulmányozása után, a sűrű emulzió miatt döntöttek szilikonolaj és vízcseppek kombója mellett.

Az első teszteknél az emberi agy véredényeit vizsgálják, amellyel lehetővé teszik idegsebészek műtét előtti hatékonyabb gyakorlását. Az eddigieknél élethűbb szimulációkkal a beteg anatómiája is jobban érthető. Agyi véredények másolata a páciensről készült 3D szkenek alapján lesz megvalósítható.

A 2005-ben alakult Hum3D realisztikus 3D modelleket kínál filmes, videojáték, kiterjesztett valóság (augmented reality, AR) és más vizuális alkalmazásokhoz. A modellek használatával idő takarítható meg; a vállalat eddig több mint nyolcvan ország művészeit támogatta. Mielőtt nyilvánossá tennék őket, a vállalat 3D művészei az összest alaposan átvizsgálják, hogy minden elvárásnak megfeleljenek.

Az évek során kialakították a legváltozatosabb 3D autómodell-gyűjteményt, jelenleg hétszáznál több márka kilencezer modelljét tartalmazza. Katalógusuk változatos területeken, például az építészetben, elektronikában, berendezési tárgyakban kínál modelleket.

Márciusban meghirdették a 2023 Sci-fi Ipari Zóna 3D Versenyt 3D művészek számára. A verseny globális, tehát bárhonnan lehet jelentkezni rá. A résztvevőknek tudományos-fantasztikus világban kell ipari környezetet kialakítaniuk. A közegnek immerzívnek kell lennie, vizuálisan magával ragadó rendereléssel.

A címből már látszik, hogy az idei verseny a sci-fi és az ipari design fúziójára összpontosít. Ez azt jelenti, hogy a jelentkező művészek változatos jövőbeli beállításokat, például gyártóüzemeket, űrállomásokat, erőműveket, űrbéli üzemeket jeleníthetnek meg.

A beadott munkák legyenek részletesek, fényektől a textúrákig, gépektől a fémes felületekig, mindent dolgozzanak ki alaposan az alkotók. A vizuális elemek mellett a 3D rendereléssel is a néző fantáziáját megragadó, izgalmas történetet kell elbeszélni – hangsúlyozza a Hum3D. A környezet megtervezésének, beleértve a gépeket, űrhajókat, épületeket, erősítenie kell az egész narratívát.

A versenyt a 3D ipar több ismert szereplője támogatja, és egyben platform is a résztvevők számára, együttműködések születhetnek belőle, nyilvánvalóan bővül a 3D művészközösség. Az anyagok leadása március 21-én kezdődött, június harmadikán zárul.

Additív gyártással laborok és egyetemi kutatócsoportok azért jutottak el komoly felfedezésekig, mert a technológiával más módszerekkel csak nehezebben vagy egyáltalán nem vizsgálható elemekből, részletekből tudtak következtetéseket levonni.

3D szkent, majd digitális ikertestvért készítünk egy objektumról, aztán kinyomtatjuk, azaz reprodukáljuk. A Washington Egyetem kutatói a cápabél működését vizsgálták ezzel a módszerrel, hogy a későbbiekben változatos alkalmazásokat, például spirálcsöveket vagy puha robotokat alapozhassanak rá. (A puha robotika – soft robotics – a robotika egyik legújabb és leginnovatívabb területe.)

A cápabél működésének infokommunikációs technológiákkal történő technológiákká másolása a biomimikri egyik legújabb szép példája. Egyelőre nem sokat tudunk az óceánok félelmetes ragadozójának étkezéséről, a Washington Egyetemen – más amerikai felsőoktatási intézményekkel együttműködve – 2021-ben kezdtek foglalkozni vele.

A Los Angelesi Természettörténeti Múzeum kutyahala más néven iszapcápája mintadarabjának bélrendszerét szkennelték le. Kiderült, hogy a spirálformájú szerv lassítja és lefelé irányítja a táplálék mozgását, és az egész, a belek sima izmainak összehúzódása mellett, a gravitáción alapul. A bél ugyanúgy működik, mint egy, Tesla által 1920-ban szabadalmaztatott szelep.

Egy friss tanulmány azt sugallja, hogy ezek a szerkezeteket aszimmetrikus áramlások is jellemzik, elősegítve az emésztési útvonalon történő áramlásokat. A kutatók jobb spirálcsövek létrehozására akarták felhasználni az eredményeket.

A cápa bélrendszerének egyszerűsített biomimetikus nyomata idén februárban készült el. Rajta keresztül jól tudják tanulmányozni folyadékok kétirányú áramlását, hidrodinamikai folyamatokat, a cső deformációja és az áramlás tempója közötti összefüggéseket. Munkájukat segíti, hogy a nyomat puhább anyagokból készült.

Az eredmények azért fontosak, mert lehetővé teszik a folyadékáramlást és a szivattyúzást kötelezően kontrolláló szerkezetek tervezését. Ipari csővezetékektől mikrofolyadékos eszközökig, puha robotoktól orvosi implantátumokig, az egészségügytől és a gyógyszeripartól az energetikáig, sok területen várhatunk nagyon változatos alkalmazásokat.