FREEDEE BLOG

Az Egyesült Államok Energetikai Minisztériumához tartozó Argonne Nemzeti Laboratórium kutatói új módszert találtak ki 3D nyomtatással készült tárgyakban lévő hibák kiderítésére. A röntgensugarakkal és mesterséges intelligenciával – gépi tanulással – működő eljárás komoly hatással lehet, átalakíthatja az additív gyártási folyamatot.

Többfajta képalkotó- és gépitanulás-technikával valósidőben és szinte teljes pontossággal detektálták, jelezték előre printelt fémekben a likacsokat. A kutatáshoz felhasznált fémminták a gyakran likacs-képződéshez vezető lézeres porágy-fúzióval készültek.

A legtöbb printer az építési folyamatot figyelő, hőképeket alkotó szenzorokkal működik. Mivel az érzékelők a tárgy felületét nézik, nem észlelik a belsejében végbemenő likacs-képződést. Közvetlen detektálásuk tömör és sűrű fémekben jelenleg csak intenzív röntgensugár-nyalábokkal valósítható meg.

A labor nyalábjai annyira intenzívek, hogy másodpercenként egymilliónál több képkocka generálható. Ezek teszik lehetővé a likacsok valósidejű észlelését. A hőkép-alkotás és a röntgensugarak összekapcsolásának eredményeként, a kutatók rájöttek, hogy a mintában keletkezett likacs hőkamerák által detektálható hőjelet hagy a felszínen.

Gépitanulás-modellt gyakoroltattak, hogy csak hőképeket használva, jelezze előre 3D nyomtatott fémekben a likacs-képződést. A modellt a folyamatot pontosan ábrázoló röntgensugaras képek adataival hitelesítették. Ezt követően felcímkézetlen mintákra engedték rá, és közel száz százalékos teljesítményt nyújtott.

A kutatók elmondták, hogy módszerük könnyedén alkalmazható kereskedelmi forgalomban lévő rendszerekre. A gépek a hőkamerával nyomtatás közben észlelik a hibahelyszínt, és módosíthatnak a paramétereken. Ha a printelés elején detektálja a likacsosodást, a gép automatikusan leállíthatja a folyamatot. De ha nem is áll le, pontosan tudjuk, hol lehetnek a hibák, és ha van naplófájlunk, amelyből ismerjük a helykoordinátákat, az egész nyomat helyett csak azokat kell megvizsgálni.

A kutatás célja a hibadetektáláson túlmutató, azokat még gyártás közben kijavító, átfogó rendszer fejlesztése, amelyhez másfajta hibákat detektáló szenzorokat is tanulmányoznak.

A Nvidia bejelentette a szöveges utasításból (prompt) 3D modellt generáló Magic3D mesterséges intelligenciát. A generatív MI óriási segítség komplex, organikus formájú nyomatok modellezéséhez.

A Magic3D negyven percen belül 3D rácsmodellt hoz létre. A bemutatón a „mérgező kék béka ül egy tavirózsán” mondatot adták meg neki promptként, a feljavított eredmény, minőségét tekintve, CGI alapú jelenetekben, videojátékokban használható.

A Magic3D válasz a Google szeptemberben kijött szövegből 3D modellt (text-to-3D model) létrehozó mesterséges intelligenciájára, a DreamFusion-re. Egy másik cég, a Physna Inc. közben szintén bemutatta saját generatív MI-jének a prototípusát.

A technológiával bárki készíthet speciális ismeretek nélkül 3D modelleket. Felgyorsíthatja a videojáték-fejlesztést, új alkalmazásokat teremthet a film- és a televízió-ipar speciális effektusaihoz is. A Magic3D összességében demokratizálja a 3D tartalom-előállítást.

Grafikus feldolgozó egysége, GPU-ja jóvoltából a Nvidia a napjainkban zajló mesterségesintelligencia-forradalom egyik motorja. A GPU a kép minden egyes pixelének, a speciális fény megjelenítésére vonatkozó utasításokat adó árnyékolókkal élethű grafikákat hoz létre, a képeket pedig – ellentétben az Intel mikroprocesszorával és a CPU-kkal (a hagyományos számítógépek központi feldolgozó egységével) – az egyszerű számítások miatt gyorsan rendereli.

GPU nélkül a Magic3D os elképzelhetetlen lenne. Az MI első lépésben alacsony felbontású nyers modellt készít, majd azt magasabb felbontásúra optimalizálja. A technológia kétszer gyorsabban hoz létre 3D tárgyakat, mint a területen referenciának számító DreamFusion.

A 3D hálószerkesztés (mesh editing) szintén prompt-alapú. Az alap prompt és az alacsony felbontású 3D modell a kiindulópont, a szöveg – és így a modell is – folyamatosan módosítható. Ugyanaz a téma persze több generáción keresztül is megtartható (koherencia), amellyel 2D-s kép stílusa implementálható 3D modellre.

A több területre berobbanó generatív MI és a 3DP összekombinálásában óriási a potenciál. 3D modellek készítése hagyományosan bonyolult feladat, plusz sok az egymással nem kompatibilis formátum, és kevés a 3D adat. Az adatmennyiség növekedésével viszont a mesterséges intelligenciák is többet gyakorolnak, pontosabbak lesznek. A növekedés azonban lassú, így pedig nem valószínű, hogy a Magic3D (legalábbis egy-két éven belül) ugyanolyan hatással lesz a világra, mint a ChatGPT vagy a Midjourney.

A New Yorki Senvol, az additívgyártás-adatok specialistája, a napokban jelentette be, hogy értékesíteni fogja a Siemens Energy három 3D nyomtatóanyagának (Ti64, Inconel 625, Inconel 718) az adatbázisait. A későbbiekben más anyagokét is, de először ez a három kerül kereskedelmi forgalomba.

Mindhárom anyagot lézeres porágy-fúzió technikával dolgozó gépekre fejlesztették. Az adatokat eredetileg kizárólag belső használatra gyűjtötték össze, de a Siemens Energy nemrég az értékesítésük mellett döntött.

A Senvol Indexek termékvonal részeként lesznek elérhetők. Az index minden egyes adatsorát külön adják el, és mindegyik különleges, mert olyan adatokhoz biztosítanak gyors hozzáférést, amelyek összeválogatása hosszú hónapokig eltarthat. Ráadásul előzetes információk alapján, a Siemens Energy adatbázisainak ára a kialakítási költségének töredéke lesz.

A Senvol szerint ez a lépés különleges jelentőséggel bír az additív gyártóiparban. Ilyen értékes és ekkora méretű adatbázisok tipikusan magáninformációk, más szervezetek számára elérhetetlenek, titkosak, nem adják el őket. Most viszont értékesítésre kerül az egyik meghatározó vállalat több adatbázisa is, azaz a Senvol és a Siemens Energy húzása precedensértékű, új szeleket hozhat.

A Senvol komoly adatkezelési, adattudományi rutinnal rendelkezik.

Korábban felgyorsították a légjárműiparban használt új 3D nyomtatóanyagok minősítési folyamatát. Az America Makes-szel megállapodtak, hogy saját gépitanulás-technológiájukat, a 2019 novemberében debütált Senvol ML-t (machine learning) használják. A szoftver már fejlesztés közben gyorsan és költséghatékonyan felismeri anyagok tulajdonságait. Az amerikai légierő által finanszírozott projekt fontos szerepet játszott kereskedelmi és légi alkalmazásokban használt újgenerációs tartós és könnyű alkatrészek nyomtatásában.

Több anyagfejlesztésben vettek részt.

Az élővilág sokszor inspirálja a technológiákat, így a 3D nyomtatásban sem véletlenül népszerű az általában optimalizálásra használt biomimikri. Egy másik tény szintén köztudott: szokatlan anyagokból, például sejtekből, csokoládéból is lehet nyomtatóanyag.

A svájci Lausanne-i Szövetségi Technológiai Intézet (EPFL) kutatói kalcium-karbonátot termelő baktériumokkal dolgoztak ki működő 3DP megoldást. Az így létrehozott biokompozit erős, de egyben könnyű, porózus, és természetesen környezetbarát.

Pontosan ilyen anyagra gondoltak, ezért keresgéltek opciókat természetben, a baktériumokból pedig nyomtatótintát készítettek. A baktérium neve Sporosarcina pasteurii, érdekes tulajdonsága miatt esett rá a kutatók választása: karbamid-tartalmú oldattal érintkezve, kalcium-karbonátot eredményező ásványosodás indul be nála.

A Bactolink nevű tintával bármilyen forma előállítható, az ásványosodás néhány napon belül megtörténik. Ásványok közvetlen nyomtatása helyett polimer alapzatot printeltek, majd rányomtatták a tintát. Az ásványosodás négy nap alatt ment végbe, a tartóalapzat több mint kilencven százalékban tartalmazott ásványi anyagot.

A biokompozit szabvány 3D nyomtatóval is előállítható, és a végtermék már semmilyen élő baktériumot nem tartalmaz. Porozitása azért figyelemre méltó, mert ez az anyagtulajdonság nagyon nehezen kivitelezhető additív gyártótechnológiával.

A kutatók máris több potenciális alkalmazási területről beszélnek. Ilyen lehet például műalkotások, szobrok restaurálása – a tintát közvetlenül a repedésbe, törött részre fecskendezik, és az ásványosodás megoldja a problémát. De mivel környezetbarát anyag, például sérült tengeri korallokat regeneráló mesterségesek is készíthetők belőle.

Ezek a kompozitok sokkal inkább hasonlítanak a biológiaiakhoz, mint a szintetikusakhoz. 

A francia 3D nyomtatás egyik főszereplője, a toulouse-i Atome3D új franchise ötlettel gyorsítaná fel a technológia elterjedését az országban, és szilárdítaná meg saját szakmai jelenlétét.

Nyár előtt öt, évvégéig húsz boltként is működő bemutatótermet terveznek nyitni. Mindegyik a vállalat eszközeit, szakértelmét használja a mostani teljes katalógus értékesítésére. A szolgáltatást igénybe vevők az Atome3D üzleti és technikai ismereteiből egyaránt profitálhatnak, miközben a 3D nyomtatást promótálják az országban.

A franchise hálózat legnagyobb előnye a közelség. A cég egyik főproblémája ugyanis, hogy ügyfeleikhez nincsenek annyira közel fizikailag, mint amennyire szeretnék. Viszont, ha tudásukat megosztják motivált, független vállalkozókkal, felszámolhatják a távolságokat. Professzionális 3DP felhasználók és közösségek így értő közvetítőkkel kerülnek kapcsolatba, a technika gyorsabban terjed, nő a helyi szakértők szerepe – véli Benoit Michaut vezérigazgató.

Vállalkozás indítása komoly kihívás, mert meg kell találni az anyagi forrásokat és a partnereket is. A franchise koncepció előnye, hogy a vállalkozó mögött bejáratott brand, piacvezető áll, és rá támaszkodva nagyobb biztonságban érezheti magát.

A koncepció széles körben elterjedt Franciaországban. 2022-ben közel kétezer franchise hálózat a 2021-eshez képest 11,4 százaléknyi növekedést jelentő 76,6 millió eurós forgalmat bonyolított. Március 19. és 22. között tartják a Párizsi Franchise Expót.

Atome3D bemutatóterem nyitásához nem kell feltétlenül 3DP szakértőnek lenni – állítja az emberi tényező fontosságát hangsúlyozó Michaut. Elég ha az illetőt érdekli a technológia, a szektor, ők pedig „leszállítják” neki a szükséges tudást. Belépési díjat fizet, majd tréningeken vesz részt. Helyiségbe, gépekbe, felszerelésbe fektethet be, hozzáférést kap a teljes Atome3D katalógushoz, értékesítheti a termékeket.

Az érdeklődők az üzlethelyiség megnyitása előtt és után is két hét szakmai gyakorlaton vesznek részt, és egész évben kapnak szakmai támogatást. A vállalat mellett a hálózat többi tagjára is támaszkodhatnak.

Másfél milliárd, minden ötödik földlakosra egy autó járja ma világszerte az utakat. Ha ennyi az autó, a gördülékeny és hatékony forgalomhoz, a kellemetlenségek, mint például a lezárások, elterelések csökkentéséhez jó minőségű utak kellenek.

Ez sajnos sok helyen nincs így, de ahol igen, még ott is keletkezhetnek repedések, kátyúk. Minél több a meghibásodás, annál könnyebben sérülnek meg a járművek, szaporodnak a balesetek. Úthibák többféleképpen javíthatók ki, ma már 3D nyomtatással is elvégezhetők ezek a munkálatok.

A kínai Hebei Műszaki Egyetem és az amerikai Michigan Műszaki Egyetem kutatói additívgyártás-alapú, érdekes megoldással álltak elő.

A kátyúkat hagyományosan hideg-, meleg- és sugárfoltozással javítják ki. A munkát általában emberek végzik, nehezen automatizálhatók, nem megelőző jellegűek, sok anyag vész kárba.

3D nyomtatással ezeknek a problémáknak a nagy része mérsékelhető. Aszfalt printelése extrudáló (FFF) technikával kivitelezhető – előbb a 3D szerkezeti infókat gyűjtik össze, majd jöhet a vagy helyben, vagy előregyártott szerkezetekkel történő javítás, végül a minőséget kiértékelő tesztek.

A 3D nyomtatás alkalmazása több szempontból előnyös: 3D szkenneléssel és modellezéssel, a kettő összekombinálásával növelhető az automatizáció, kevesebb emberi munkaerőre lesz szükség, lényegében nincs anyagveszteség, jobb a javítás minősége, rövidebb ideig tart a bosszantó útlezárás, és a technológia megelőző karbantartásként is használható.

A 3DP hagyományos kárérzékeléssel kombinálható: vagy a baj detektálása után jön a nyomtatás, vagy – robotizált aszfaltnyomtató formájában – a kettő egyben történik. Ez lehet a megrongálódott utak ideális kijavítása, és a technikával még korai állapotukban kimutathatók a kátyúk.

Idő és pénz takarítható meg a technológiával.

A hagyományos kontaktlencsékhez hasonlóan, az intelligens kontaktlencsék is a szemre helyezhetők, ezt követően viszont már más történik: viselőjüket információkkal látják el. A technológia jelenleg a kutatási fázisnál tart, főként a medicinában kísérleteznek vele, ahol például betegségek diagnosztizálására használják.

Több vállalat, köztük a Google is, fejlesztett már kontaktlencsét a kiterjesztett valóságra (augmented reality, AR), de kereskedelmi forgalmazásuk előtt technikai problémákat kell még megoldaniuk.

A dél-koreai Nemzeti Tudományos és Technológiai Intézet (UNIST) és a Koreai Elektrotechnológiai Kutatóintézet (KERI) Intelligens 3D Nyomtatás Kutatócsoport szakemberei az eddigieknél messzebbre jutva, 3D nyomtatással készítenek kontaktlencséket a kiterjesztett valóságra.

Mikromintázatokat printelnek a lencse kijelzőjére. A meniszkusz jelenséget használják hozzá, amely akkor tapasztalható, ha egy folyadékot kémcsőbe töltünk, majd vizsgáljuk a felszínét. Nem lesz vízszintes, hanem vagy konkáv, vagy konvex formában görbül, ezt hívják meniszkusznak (a szó görög eredetije félholdat jelent). A hajlatokat a felületi feszültség okozza, jelen esetben pedig a nyomtatótinta a folyadék.

Az AR kontaktlencse gyártásához, az elektrokróm monitorokat alacsony áramerősséggel látják el. A lencsék színe a kék egyik árnyalata („tiszta porosz kék”). Az anyag egyrészt a gyors színkontrasztot és színváltozást biztosítja, másrészt olcsóbb.

A kék kristályosodását a mikrofúvóka és az oldószer közötti párolgás eredményezi. Mihelyst a vas-hidrocianidból álló tinta érintkezésbe kerül az anyaggal, meniszkusz alakul ki az utóbbin. Amikor a víz elpárolog a meniszkuszból, prekurzor ionok és vízmolekulák vándorolnak a felszínére. Ezt követően, a prekurzor ionok felhalmozódnak a meniszkusz külső részén, ami az élek fokozott kristályosodását eredményezi. A folyamat különösen a vas-hidrocianid nyomtatás közbeni kristályosodásának szabályozásához fontos, hogy az anyagra egyenletesen printelhessük a mintát. A mikromintázatok egyébként nemcsak egyenes, hanem görbe felületekre is nyomtathatók.

Az új technológia elemeknél, bioérzékelőknél és a mesterségesintelligencia-ágazatban is fontos lehet.

A Research and Markets tanulmánya alapján a bionyomtatás piaca 2030-ra eléri az 5,3 billió dollárt. Az innovatív megoldásokat igénylő krónikus betegségek világszerte tapasztalható szaporodása a növekedés egyik – negatív – oka. Csak az Egyesült Államokban közel 106 ezer személy szerepel a tízpercenként újabb személlyel bővülő nemzeti átültetés-listán.

A számokból kiderül: a kereslet meghaladja a kínálatot, így pedig sürgősen új alkalmazásokra van szükség. A bionyomtatás részben érdekes irányba mozdulhat el: a 3DP-t összekombinálható a hanggal.

Több német kutatási és akadémiai intézmény, köztük a Max Planck Intézet különleges projekten dolgozik. új technológiájuk lényege, 3D anyagok hanggal is létrehozhatók. Több akusztikus hologrammal három dimenzióban modelleznek objektumokat.

Ultrahanggal kezdték, az érdekelte őket, hogyan lehet akusztikus hologramokkal létrehozni. Korábban kiderült, hogy hang útján előállíthatók 2D-s alakzatok. A kutatók ebből kiindulva, speciális technológiát dolgoztak ki. Hanghullámok az anyagra történő erőkifejtéssel formálják meg a tárgyat.

Az emberi fül számára hallhatatlan, magas frekvenciájú ultrahanggal dolgoztak. A létrehozott hullámok szélessége kevesebb egy milliméternél, így a technikával sok különböző anyag, köztük biológiai sejtek és üvegek is megdolgozhatók.

Egyetlen felvétel alatt mikrorészecskéket 3D tárggyá szereltek össze. Az eredmény nagyon hasznos lehet a bionyomtatás számára. A folyamat során a használt sejtek remekül érzékelték a környezetet.

A kutatók szerint tanulmányuk fontos lépés a biogyógyászatban. A sejteken gondosan lehet ultrahanggal dolgozni – részletesen és alaposan is, semmiben nem okozva kárt.

A görög dys (nehéz) és phagein (enni) szavakból képzett diszfágia a nehéz nyelés, számos kórkép tünete lehet. Az Egyesült Államokban minden huszonötödik, Európában harmincmillió felnőtt szenved tőle. Esetükben a testnek hosszabb ideig tart és nagyobb megerőltetéssel jár az élelem szájból gyomorba juttatása.

A diszfágia lényegesen nagyobb mértékben sújtja az idősebbeket, minden negyedik hetven év feletti érintett. A nyelési probléma neurodegeneratív betegségben, mint az Alzheimer- és a Parkinson-kórban szenvedőket sem kíméli, gyógyszereik lenyelése sokszor komoly problémákat okoz nekik.

Egy valenciai kutatóközpont által vezetett projekt (Deglumed) keretében, a személyre szabott gyógyászat jegyében, változatos technológiákat, köztük 3D nyomtatást is használva, minden egyes beteg egyedi igényeinek megfelelő gyógyszereket igyekeznek fejleszteni. Úgy dolgozzák ki őket, hogy megoldják velük a nyelési nehézségeket.

Rengeteg gyógyszer csak kemény tabletta formában létezik, lenyelésük több betegnek okoz komoly gondokat. Az ízük szintén fontos tényező, minél ízetlenebbek, diszfágiásoknak annál nehezebb lenyelni őket, sokszor hánynak is tőlük.

A Deglumed csapata könnyen lenyelhető, emészthető gyógyszerekben és egészség-kiegészítőkben gondolkozik. Előállításukhoz több technikát használnak. A gyógyszeriparban gyógyszermolekulák bioaktív polimerekkel történő összekeverésére alkalmazott, úgynevezett forróolvasztásos extrudálással kezdik, Ennek az eljárásnak köszönhetően szájban elolvadó összetett készítmények hozhatók létre.

A technikával később FDM módszerrel feldolgozható nyomtatószálat (filament) is kialakítanak, de megfelelő rendszerekkel labdacs, gömbalakú formák szintén printelhetők ilyen céllal.

A projektjük sikerében bizakodó fejlesztők nagyon pozitívan nyilatkoznak a 3D nyomtatásról: energiatakarékos, személyre szabható, komplex szerkezetek előállítására alkalmas, sokoldalú megoldás, amellyel kisszériában elfogadható áron, időt spórolva készíthetők termékek.

A csokoládéfogyasztás évről évre nő, az Expert Market Research beszámolója alapján 2022-ben 127,7 milliárd dolláros üzlet volt, 2028-ra pedig meghaladhatja az évi 165 milliárdot. De legyen szó barnáról, feketéről, vagy fehérről, ét- vagy tejcsokiról, egyik sem igazán egészséges, mert magas vérnyomást és vérzsír-szintet, cukor-, szív- és érrendszeri betegségeket okozhatnak. 

Qingdrong Huang, az amerikai Rutgers Egyetem kutatója a témát tanulmányozva, rájött, hogy 3D nyomtatással alacsony zsírtartalmú csokoládé készíthető. Az egészségügyi előnyöket figyelembe vevő, funkcionális élelmiszerekben gondolkozik, meg akarja óvni a fogyasztók szervezetét a nagymértékű cukor- és zsírevéstől.

Elképzelései egészségesebb csokoládéváltozatokkal valósíthatók meg, Huang és munkatársai 3D nyomtatással el is készítették a csokikat.

Hagyományosan kakaóvajat, kakaóport, cukrot és egy sor más összetevőt használnak hozzájuk. Az alacsony zsírtartalom, az összetevők teszteléséhez, változatos arányú keverékeikre volt szükség. Így találták meg a szilárd és folyékony optimális, 3D nyomtatható – extrudálható – arányát.

Emulzió, két különböző, általában nem keveredő folyadék, például olaj és ecet összekeverése, egyik legismertebb példája a majonéz. A kutatók vizet és kakaóvajat egy, az élelmiszeriparban gyakran használt akáckivonat segítségével kevertek egybe. Ezt az emulziót hozzáadták a többi összetevőhöz, miközben az ízen javító aranyszirupot (keményítőmelasz-szirupot) is használtak.

A csokit élelmiszer-nyomtatóval printelték, majd további tesztek következtek. Szerkezetét, fizikai tulajdonságait, optimális viszkozitását vizsgálták, aztán jöttek az újabb nyomatok. A textúra és a simaság majdnem ugyanolyanra sikerült, mint az „igazi” csokiknál.

Rengeteget kísérleteztek hozzá, az összetevők számos kombinációját vizsgálták, míg eljutottak a helyes arányokig. Huang elmondta: ennek a csokinak nemcsak a zsírtartalma alacsony, hanem nyomtatható is. A fogyasztók egyedi ízpreferenciáit szintén figyelembe vehetik, miközben a nyomat tápértéke kiváló.