FREEDEE BLOG

A Michigan Egyetem kutatói új 3D betonnyomtató technikát (3DCP) dolgoztak ki. Eljárásukkal alacsonyabb áron fejleszthetők jobb és környezetbarátabb szerkezetek. Ez a beton nagyon könnyű, nincs anyagveszteség, minimális a hulladék. A hagyományos, kemény betonnal összehasonlítva, az új anyag tömege, azonos méret mellett, 72 százalékkal kevesebb.

A fejlesztés nyilvánvalóan nem marad a felsőoktatási intézmény falai között, és a laboratóriumi állapot után új partnerségek és szabadalmak várhatóak. Az eljárás erősen kapcsolódik az utóbbi évek és a jelen trendjeihez, az építészet és az építőipar lassú, de biztos átalakulási folyamatának egyik fontos pontja, komoly potenciális következményekkel.

A 3DCP az építés digitalizálását és a környezetbarát elvárásoknak, a fenntartható fejlődés elveinek megfelelően, a betonfogyasztás csökkentését célozza. A széles körben elterjedt megközelítéseket alkalmazva az építők az eddigi alkalmazásokkal azonban egyszerű formákra, például sima merőleges falakra korlátozó geometriai akadályokba ütköznek.

Ez pedig növeli a betonfogyasztás mértékét, és korlátozza a nyomtatás könnyebb szerkezetekre való alkalmazhatóságát. Bonyolultabb formákat, például elágazó és szögletes csőalakzatokat, túlnyúlásokat, szögváltoztatásokat stb. pont ezek a könnyebb szerkezetek tesznek kivitelezhetővé.

A Michigan Egyetem „Kagylófal” megközelítése számítógépes tervezés és robotizált 3D nyomtatás, topológiai optimalizálás és 3D betonprintelés kombinációja. Számítási modelljük a topológiailag optimalizált részek alakja és geometriai tulajdonságai alapján „szinergizálja” a nem sík (például görbe) és változó anyaglerakódást. Az összes tényezőt együtt alkalmazva, olcsóbban építhetők jobb, természetbarátabb szerkezetek.

A nem sík 2D nyomtatást polimeralapú anyagokra alkalmazva, készültek már bonyolult geometriájú szerkezetek. A nagyobb kihívással járó betonra viszont kevésbé figyelt a szakma. Ezzel szemben, a Michigan Egyetem Kagylófalára már több 3D betonépítész nagyágyú, például az ICON, a Peri Csoport és a WASP is felfigyelt. 

A Németországban alapított, ír székhelyű multinacionális gázvállalat, a Linde a szakterület egyik meghatározó szereplőjével, a német Impact Innovations-szel közösen, következőgenerációs, „additív gyártás utáni” hidegfúvós technológiát dolgozott ki. A LINSPRAY Connecttel jelentősen javul a gázfúvó folyamat biztonsága és megbízhatósága.

A hidegfúvás vagy hidegpermetezés öt-tíz mikron közötti részecskéket nagynyomású gázokkal a hordozóra juttató anyaglerakás-technika. A környezet-hőmérsékleten tartott részecskéket nitrogén- vagy héliumgáz-áramba teszik, majd szuperszonikus fúvókán keresztül másodpercenkénti 500-1200 méter sebességgel melegítik és gyorsítják.

A folyamat közben a fémpor hőmérséklete jóval olvadáspont alatt, így a fém szilárd halmazállapotú marad. Megőrzi tulajdonságait, ellenáll az oxidációnak. Az eljárással létrehozott bevonat alakítható, hajlékony, és ezzel megakadályozhatók a feszültség alatti károsodások.

A gázáram magas, akár 1100 fokos hőmérséklete miatt, a bevonatos termékek gyártása több tényezőtől erősen függ: nagy tisztaságú gázzal való ellátottság, minimális nyomásváltozás, és mindegyiknek megadott hőmérséklet-tartományban kell lennie.

A gyors hőmérséklet-változás a gázmelegítőt és a fúvópisztoly hegyén lévő fúvókát is súlyosan megrongálhatja. A bevonat – és összességében a termék és a szolgáltatás – minőségét befolyásoló zökkenőmentes gázáramlást állandó és megbízható nyomás garantálja.

A LINSPRAY Connect kialakítása stabil és jó minőségű gázáramlást biztosít, minimális eltérésekkel, miközben az ügyfelek figyelhetik a folyamatparamétereket: nyomást, hőmérsékletet, a nitrogéntartály töltöttségi szintjét. A rendszer automatikusan hibaüzeneteket küld, vészhelyzeti gázellátásra válthat, sőt, baleset esetén a biztonságos leállás mellett is dönthet.

Mi következik mindebből? Javul a szállítás, csökken az állásidő, a hibajelzés pedig lehetővé teszi a proaktív és megelőző karbantartást.

A Linde és az Impact Innovations szerint az új gázszállítási technika egy sor iparágra lehet komoly hatással: nukleáris energia, légjármű- és járműipar stb.

A digitalizáció az élet minden szegmensére, így a sütés-főzés művészetére is kiterjed. A gasztronómia gyorsan változik, a 3D ételnyomtatás és a lézeres főzés a terület technológiai újdonságai, bár a 3DP már évek óta jelen van.

A cél finom, egészséges és persze minél olcsóbb kaják előállítása. Az új módszerekkel egyedibbre és tápanyag-szükségleteinknek jobban megfelelve alakítható ki az étrendünk. Máról holnapra történő hatalmas változásra azonban ne számítsunk, régi és új inkább szimbiózisban fog fejlődni, a 3DP jól kiegészítheti a hagyományos módszereket.

Ételnyomtatáshoz a felhasználó által készített modellből alakítanak ki 3D formákat, a formák alapját ehető „tinták” adják. Lézeres főzésnél magas energiatartalmú fénnyel, meghatározott, aprólékos módszerrel melegítik a kaját. Mindkét technika előnye, hogy a chef jobban oda tud figyelni a tápértékre, amellyel a fogások egészségesebbek lesznek.

A Columbia Egyetem kutatói hét különféle összetevőből álló tortaszeletet nyomtattak. A printeléshez szükséges anyagok összeszedéséhez és elhelyezéséhez egyedi extrudáló mechanizmust használtak. Magukat az élelmiszereket úgy készítették elő, hogy a fúvókafejet ne dugítsák el, a banánt például kézzel pépesítették. A tésztát konyhai robotgépre bízták.

445 nanométeren működő, a nyomtatófejhez rögzített kék lézerdiódával főzték meg a printelt ételt. A főzőkészülék nagyjából öt-hat watt teljesítményre volt képes.

Minden egyes anyagot CAD szoftverrel modelleztek, majd assembly programmal kombinálták össze őket. A modellezés után a fájlokat a 3DP-ben legelterjedtebb STL formátumra konvertálták. Ez tette lehetővé a szeletelő szoftverrel történő feldolgozásukat, miután a szeletelőt a célnak megfelelően kialakított printerükhöz optimalizálták.

A végeredményből kiderült, hogy az ízek és a textúrák milliméter-léptékben lokalizálhatók, a sajttorta a beszámolók alapján olyanra sikerült, mint egy hagyományos eljárással sütött-főzött tipikus sajttorta.

Az additív gyártás szolgáltatóira a nyomatoktól elvárt egyre jobb minőség és a költséghatékonyság miatt is nagy nyomás nehezedik. A nyomtatási folyamatok monitorozása és szabályozása kulcstényező, különben a szolgáltatások nem felelnek meg a magas elvárásoknak.

A felhasználó csak a megfelelő eszközökkel képes létrehozni az óhajtott tárgyat, mert kizárólag így tudja elkerülni a rejtett, belső hibákat, az alkalmazásoknál rosszul működő nyomtatási beállításokat. Ezek a problémák súlyos gépidő-, anyag- és utófeldolgozási kapacitásveszteségekhez, összességében komoly többletkiadásokhoz vezetnek.

A 3DP szoftverek és szolgáltatások egyik világvezető vállalata, a belga Materialise nemrég kiadott 3D fémnyomtatáshoz kidolgozott folyamatkontroll szoftvere és processzorszoftver fejlesztői készlete (BP SDK) komoly segítséget jelent a problémák megoldásához. Automatizált minőségellenőrzéssel és a printer paramétereinek konfigurálásával lehetővé vált a felhasználó nyomtatási folyamatok feletti teljes kontrollja.

A szoftver – mint ma szinte minden infokom újítás – mesterséges intelligenciával automatizálja a minőségellenőrzést. A nyomtatási folyamatok közbeni rétegekre vonatkozó adatokkal a felhasználó utófeldolgozás és a minőségvizsgálat előtt megtalálhatja a problémás részeket, kiderítheti a hibák okát.

E tevékenységgel a folyamatok minőségén javíthat, illetve megváltoztathatja a nyomtatási beállításokat. Minél korábban azonosítja a bajokat, annál jobban minimalizálja a veszteségeket, és az utófeldolgozást követően is kevesebb – kifejezetten drága – minőségellenőrzésre lesz szükség.

Mivel a nyomatok többszáz rétegből tevődnek össze, manuális értékelésük egyrészt időigényes, másrészt emberi hibákkal jár. Ezt küszöböli ki a porágy 2D-s képeivel, hőtérkép alkalmazásával a Materialise mesterséges intelligenciája. A folyamatszoftver a nagyvállalat CO-AM „minden egyben” platformjának integráns része, de attól függetlenül, önmagában is használható.

Több országban fejlesztenek hiperszonikus technológiákat. Elsősorban védelmi, katonai céllal készülnek, a Lockheed Martins például az Egyesült Államok haditengerészetét, a US Navy-t tervezi hiperszonikus rakétákkal felszerelni, a Northrop Grumman pedig 3D nyomtatást használ ezirányú technológiai fejlesztéseihez.

Az Arizonai Egyetem kutatói 1,2 milliós támogatást kaptak egy katonai program keretében, a hangsebességnél legalább ötször gyorsabb hiperszonikus sebességet tűrő anyagok fejlesztésére, 3D nyomtatására.

Terveik szerint kifejezetten 3D nyomtatásra szánt új fémötvözeteket dolgoznak ki. Munkájuk úttörő lesz, mert a jelenlegi additív gyártásban elterjedt fémeket nem használják erre a célra.

Hiperszonikus „környezetben” megváltoznak a feltételek, az anyagoknak többet kell elviselniük, mert magas a feszültségszint, a súrlódás és a légellenállás pedig sok és nehezen kezelhető hőt generál.

A kutatócsoport különféle eszközöket kíván fejleszteni: porágyas fúzióval működő 3D nyomtatórendszert, megolvadt fémeket porrá alakító gázporlasztót, tárgyak utófeldolgozására alkalmas vákuumkemencét.

Ha sikerül hiperszonikus sebességhez alkalmas 3D nyomtatás-specifikus anyagokat, ötvözeteket létrehozniuk, az ötvözetek vegytani jellemzőit úgy tehetik egyedivé, hogy a technológia könnyebben és „felhasználóbarátabb” módon működjön velük. Az ismert problémák megoldásával, a 3DP jobban alkalmazható a területre, a végtermékek jobbak és hatékonyabbak lesznek.

Az egyetem a hiperszonikus repülés és az űrkutatás terén elért eddigi vívmányait a legfontosabb eredményei között tartja nyilván, és az extrém környezetekre fejlesztendő anyagokban is nagyon komoly kihívást lát. 

Hosszútávú céljai támogatása miatt, az Egyesült Államok űrügynöksége, a NASA két új intézet alapítását jelentette be. A klímakutatás és a mérnöki diszciplínák számára kritikus területekre, a kvantumtechnológiára és a 3D nyomtatásra összpontosítanak majd.

A két Űrkutatási Kutatóközpontot amerikai egyetemek fogják vezetni, multidiszciplináris kutatásfejlesztéseik a NASA jövője szempontjából legfontosabb programokat fogják támogatni. Felsőoktatási intézmények, ipari szereplők és nonprofit szervezetek közösen vehetnek majd részt az űrkutatás lehetőségeit bővítő tudományos és technológiai munkában.

A NASA öt éven keresztül mindkét központot maximum tizenöt-tizenötmillió dollárral támogatja. 

Az Austini Texas Egyetem ad otthont a Kvantumútvonalak Intézetnek, ahol a kvantumérzékelés fejlesztésével a klímakutatásokat kívánják hatékonyan támogatni.

Az Additív Gyártás Modellalapú Minősítése és Tanúsítása Intézet (IMQCAM) projektet a világhírű pittsburghi Carnegie Mellon Egyetem (CMU) vezeti, és a Baltimore-i Johns Hopkins Egyetem szintén a vezetőséghez tartozik. 3D nyomtatással készülő fémobjektumok számítógépes modellezését és űrrepülési alkalmazásokban való alkalmazásaik bővítését hivatottak végezni.

A fémnyomtatás eddig is hasznosnak bizonyult ezen a területen, például rakétahajtóműveket is printeltek már. Működő tanúsításhoz és a nyomatok eredményes használatához viszont karakterjegyeik mostaninál jóval hatékonyabb előrejelzése szükséges. Ezeknek a daraboknak a belső szerkezete ugyanis nagyon eltér a más módszerekkel készültektől. Az Intézet a NASA és más szervezetek által napi szinten használt objektumok modelljeivel fog foglalkozni.

Részletes modellezéssel jobban érthetők a lehetőségeik és a korlátaik, előrejelezhető, hogy mi történik velük. A nyomatokról digitális ikreket készítenek, és új anyagok kiértékelését szintén tervezik.

A dán COBOD International friss felméréséből kiderül, hogy a világszerte 105 helyszínen található 129 nyomtatott épület negyven százaléka, azaz 51 a cég épületnyomtatóival készült. 15 épülettel az Icon a második, őket – öt-öt épülettel – a Winsun, a Cybe és az xtreeE követi.

Ahhoz képest, amennyit hallunk, olvasunk épületnyomtatásról és folyamatban lévő, ígéretes projektekről, a szám alacsonynak tűnhet, viszont az a tény, hogy 2022-ben 54 új épület készült a technológiával, gyors fejlődést vetít előre. Figyelembe véve, hogy a 2022-es munkák közel hatvan százalékához COBOD gépeket használtak, a számok egyértelműen jelzik a vállalat jelentőségét a szektorban.

„Egyértelmű, hogy ha a többi beszállítót összeadjuk, és így is több épületnyomtatót értékesítünk, mint ők együtt, akkor a számokból kiolvasható, milyen 3D printereket használtak az épületek többségéhez” – jelentette ki Henrik Lund-Nielsen alapító-vezérigazgató.

Van oka elégedettségre és büszkeségre, mert cége gyorsan növekszik. Közel hetven printert adtak el, és a vásárlók (egyben stratégiai partnerek) között olyan ipari óriások találhatók, mint a GE Megújuló Energia, a Holcim, a CEMEX és a PERI. Helyi vezető szervezetekkel, mint az egyiptomi Orascom és az indonéz Bakrie Csoport közös vállalkozásokat alapítva, ezekben az országokban is elindították a 3D épületnyomtatást.

A COBOD globális növekedését a jövőben is biztosítandó, Miamiban és Kuala Lumpurban regionális kompetenciaközpontot alapítottak. Munkájukról online elérhető éves beszámolók is készülnek.

Piacvezetőként, a legmagasabb szintű átláthatóságra, nem üzleti titoknak számító adataik nyilvánosságra hozására törekednek, mert tanultak a közelmúlt és a jelen rossz példáiból – sok álmodozó vázolt fel, indított el látványos projekteket, amelyek aztán soha nem valósultak meg. Az átláthatósággal elkerülhetők az ilyen esetek – állítják.

Philip Aduatz bécsi tervező az Ausztriai Kaszinók és az Osztrák Lottócsoport megbízásából különleges munkába kezdett, a világ első nyomtatott filmfelvevő stúdióját álmodta meg. Hagyományos kézművességet és a legmodernebb technológiákat gyúrta egységes alkotássá.

A projektben a díszlettervező Dominik Freynschlag és a betonnyomtatókat gyártó incremental3d is részt vett. A printelés eredményeként komplex geometriájú szerkezeteket alakítottak ki. E szerkezetek összessége teszi lehetővé a tér egyenletes megvilágítását.

Aduatz egyedi módszert talált ki a 3D nyomtatás és a LED-es világítás a belső tér lehetőségeit kibővítő összekombinálására. Manuális és automatizált technikákkal dolgozták ki a falat, amelyhez különleges, cementalapú fehér habarcsot használtak.

A fal hatvan különálló szegmensből épült fel, amelyeket hat egymásra helyezett egységből készült tíz építőelem köt össze. A hullámos szegmensek remekül kapcsolódnak egymáshoz, összecsavarozásukat kézzel végezték. Ez azt is jelenti, hogy ha a későbbiekben szükség lesz rá, szét is szerelhető. 3D nyomtatás nélkül a falat nem lehetett volna ebben a formában kivitelezni.

A fal mérete 630x330x230 centiméter, a fő világítórendszer 14 LED-ből (LED-szalagokból) áll. A fényeket vezérlő RGB színtér lehetővé teszi a színek és a színátmenetek sokféle kombinációban történő változásait. Mivel a szalagok ugyanolyan vékonyak, mint a nyomat rétegei, a fények szinte láthatatlanul olvadnak bele a falba. Az automatizált számítógépes rendszerrel vezérelt LED-ek maximális kihasználtságát a stúdió világítórendszerével való összekapcsoltságuk biztosítja.

Az intelligens megvilágítás biztosítja, hogy a színhőmérséklet és a fényintenzitás a felhasználó igényeinek megfelelően módosuljon. Ráadásul, mivel a LED-ek kevesebb energiát fogyasztanak, mint a hagyományos fényforrások, csökkennek a hosszútávú fenntartási költségek, a tér rendeltetésszerűbben működik, így a világ első nyomtatott filmstúdiója hozzájárul a fenntartható fejlődéshez.

A 2019-ben Kevin és Lukas Czinger, apa és fia által alapított Los Angelesi Czinger Vehicles, vagy egyszerűen csak Czinger hibrid sportautókkal foglalkozik. Első járművűket, a limitált példányszámú 21C-t idén kezdik gyártani.

A napokban legfrissebb innovációjukat, egy topológiailag optimalizált, teljes egészében nyomtatott sebességváltót mutattak be. Kategóriájában világelső darab, a gyártást a motorsportban és nagyteljesítményű autókban használt sebességváltók világvezető gyártójával, az Xtrac-kel közösen végzik.

Az 1984-ben alapított brit Xtrac közel harminc év leforgása alatt több mint 1200 egyedi sebességváltót készített. Ezeket az alkatrészeket a legmagasabb szintű profi motorsportban használják világszerte. Az együttműködés jelzi a Czinger csúcsteljesítmény iránti elkötelezettségét.   

A nyomtatást egyedi eljárással és saját fejlesztésű alumíniumötvözettel valósítják meg. Összességében az alkatrész tömege kevesebb, szerkezeti teljesítménye bámulatra méltó, a minőségről a hozzáértők csak felsőfokokban nyilatkoznak, és a nyomtatási idő szintén felgyorsítja a gyártást.

Mivel 3DP-vel állítják elő, nincs szükség újabb szerszámok készítésére, rövidebb a fejlesztési idő, a terveken valósidőben, nagyobb időveszteség nélkül módosíthatnak. A sebességváltó korai példája, hogy hogyan alkalmazza a Czinger a 21C-t meghatározó fejlett technológiát.

A prototípus pontosan ugyanaz, mint amit gyártani fognak. Az automatizált, hét sebességes félszekvenciális sebességváltó teljesítmény-specifikációi kiemelkedőek. A ma létező leggyorsabb egykuplungos szinkron sebességváltó jelentősen hozzájárul különböző funkciók biztonságos vezetést szolgáló keveréséhez. A 100 mérföld per óra (160,93 km/h) alatti váltások nagyteljesítményű és zökkenőmentes városi közlekedést garantálnak.

Az együttműködéssel mindkét partner maximálisan elégedett.

A nagyteljesítményű polimerek brit beszállítójához, a Victrexhez tartozó Invibio Biomaterial Solutions a PEEK bioanyag-megoldások úttörője nyomtatószálat mutatott be. A PEEK OPTIMA AM implantátum-minőségű polimert FDM/FFM technológiákra optimalizálták.

Az anyaggal tovább bővült a cég biokompatibilis polimer portfoliója. Ezek az anyagok eddig porok, granulátumok és rudak formájában voltak elérhetők, például fröccsöntéshez. Mivel orvosi eszközök, implantátumok gyártásában elterjedt a 3D nyomtatás, az USA Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala (FDA) technikai útmutatót tett közzé tervezők és gyártók számára, és az eddig más területeken érintett Invibio – a hivatalirányelveit követve – komoly segítséget jelenthet nekik.

Az új nyomtatószállal kórházak helyben printelhetnek szükséges tárgyakat, könnyebbé válik a munkájuk. Ez több szempontból is előnyős mind az egészségügyi dolgozóknak, mind a betegeknek, különösen, ha nagyon magas szintű tervezési precizitásra és gyors gyártásra van szükség.

Az új filament tökéletesen megfelelhet ezeknek a követelményeknek, változatos egészségügyi alkalmazásokban járulhat hozzá következőgenerációs eszközök fejlesztéséhez, elkészítéséhez. Többek között betegspecifikus gerinc- és ortopédiai implantátumok készíthetők belőle.

Az Invibio vezetősége örül, hogy az anyaga immáron nyomtatható formában is beszerezhető. Ezt a polimert világszerte már több mint tizenötmillió személy beültetéseihez használták, és mivel mostantól printelhető is, hamarosan jelentősen nőhetnek a számok.

3DP nélkül elképzelhetetlen a jelen és a közeljövő egészségügye – közölték. A szektornak pedig tudnia kell, hogy melyek a legjobban teljesítő bioanyagok. Szakértők szerint a PEEK OPTIMA és a PEEK OPTIMA AM vitathatatlanul közéjük tartozik.

Az 1,75 milliméteres nyomtatószál közvetlenül a gyártótól szerezhető be, bárhonnan megrendelhető.