FREEDEE BLOG

A szívbetegségek világszerte a halálozások legfőbb okai közé tartoznak. Az amerikai Healthline adatai alapján az országban minden évben közel 650 ezren hunynak el szívproblémák miatt, minden negyedik elhalálozás ezért történik. Az USA-ban ez az elsőszámú halálozási ok.

A számok sajnos emelkednek, például a pandémia alatt a szívrohamok száma az összes korcsoportban magasabb volt, mint előtte. Mindezeket figyelembe véve, a szívbetegségek kezelése a medicina egyik prioritása. A szakterületen mindig az első között használták a csúcstechnológiákat, és ezúttal sincs másként. Így a 3D nyomtatás kulcsszerepet játszik minden egyes beteg személyes gyógymódjának kidolgozásában.

A Massachusetts Technológiai Intézet, a méltán világhírű MIT kutatói a beteg szívének tökéletes utánzataként is funkcionáló szívet nyomtattak. A mesterséges szerv pumpáló mechanizmusai is szinte ugyanazok, mint a természetesé, amellyel még hatékonyabb lehet a kezelés.

A munkában egy Massachusetts állambeli általános kórház, a Harvard Egyetem és egy clevelandi klinika is részt vett. A műszív ugyanolyan puha és rugalmas, mint az eredeti. Különféle betegségek kezelése mellett, a korábbinál jobb, az adott szervezetben jobban illő, az aorta szintetikus billentyűihez alkalmazkodó implantátumok kiválasztásában szintén fontos lehet.

Polimeralapú tintát használtak hozzá, mert az anyag megkeményedés után képes összenyomódni, megnyúlni, utánozható vele a valódi szívdobogás. Páciensekről készült, majd 3D modellé alakított orvosi szkenekből indultak ki, aztán kinyomtatták a modellt. A szívkamra és az erek anatómiailag pontos vázát és a pumpáló mechanizmust, a levegőáramlást egyaránt sikerült lemásolniuk, azaz nemcsak a szerv anatómiáját printelték ki, hanem a működési mechanizmusait és a fiziológiáját is szimulálták.

A pácienseknél mért szívpumpa-nyomás és a levegőáramlat pontos másolásának eredményeként valósítható meg a betegenkénti személyre szabott gyógymód, állapítható meg az ideális méretű beültetés. A kutatók elmondták, hogy az új műszív egyedi, orvosilag pluszkihívást jelentő „szívgeometriák” esetében különösen hasznos lehet.                

A rotterdami Studio RAP építészvállalat, a tervek elkészültét követően, Amszterdam történelmi belvárosának egyik legfényűzőbb bevásárlóutcájában, a P. C. Hooftstraaton elkezdte kidolgozni egy különleges üzlet nem kevésbé különleges és figyelemfelkeltő, de a környezetbe tökéletesen illő homlokzatát. A stúdió különlegessége, hogy a számítógépes tervezést innovatív digitálisgyártás-technikákkal, például 3D nyomtatással kombinálja össze.

Az ajtó- és ablaküvegek, a nyomtatott kerámiacsempék különleges összhatást érnek el. A homlokzat hamarosan elkészül, és a kerámianyomtatás, az algoritmikus tervezés mellett a kézműves üvegezést, és persze mindezek eredeti fúzióját is megcsodálhatjuk benne.

A RAP igyekszik kiaknázni a kerámiák és a díszítőelemek építészeti lehetőségeit. Az algoritmikusan kivitelezett díszek a ruhakötés klasszikus mesterségére utalnak. A 4,5 méter magas lábazat három oszlopból és egy, a klasszikus oszloprendszereknél fontos szerepet játszó architrávból áll. („Az architráv a görög templomok homlokzati alakításánál kialakult oszlopos és gerendázatos rendszer kiváltó eleme. Ezen nyugszik a födémszerkezet és a tetőgerendázat, az architráv az oszlopoknak adja át ezek terhelését.” – Wikipédia)

A hátratolt kirakat mélységet ad a térnek, a 40x20 centis kerámialapok gyöngyház-fehérek, sárga árnyalattal. A díszített lapok alul simák, feljebb egyre expresszívebbek. A felső szintek homlokzatát téglákból nyomtatták, a tervezők eljátszottal a vörös árnyalataival. A téglákat lézerrel vágott rozsdamentes acélkazettákba ragasztják.

A saját fejlesztésű digitális tervezőalgoritmussal az RAP a történelmi Amszterdam üveges kerámiáinak a dekorativitását és „szótárát” értelmezték újra. Az eredeti homlokzat sziluettjét utánozva, sikerült megőrizni az épület hangulatát, minden harmonizál a közeli épületekkel.

A tervezéssel arra is törekedtek, hogy a digitális kézművesség mai kifejezőeszközeivel egyedi módon értelmezzék újra a történelmi házat, és másokat is hasonlókra inspiráljanak.

Az amerikai Sandia Nemzeti Laboratórium vezetésével több tudományos, akadémiai intézet kutatói erőművek kevesebb károsanyag-kibocsátás melletti több energia generálását potenciálisan segítő különleges szuperötvözetet állítottak elő 3D nyomtatással.

A fémekből álló szuperötvözet szokatlan összetétele – 42 százalék alumínium, 25 titán, 13 nióbium, 8-8 cirkónium és molibdén, 4 titán – miatt erősebb és könnyebb, mint a gázturbinákban használt legújabb csúcsanyagok. A kutatók jelenleg az anyag optimalizálásával foglalkoznak.  

Elmondták, hogy a nagyon magas hőmérsékletet, 800 Celsius-fokot is tűrő anyag részben a 3D nyomtatás miatt tudták kivitelezni. Erőművek mellett a légi- és a gépjármű-iparban szintén alkalmazhatják, illetve megnyitja a hasonló ötvözetek fejlesztése előtti utat.

Az USA elektromosságának kb. nyolcvan százalékát fosszilis üzemanyagokból és atomerőművekben állítják elő. Mindkét típusnál hő kell az elektromos áramot termelő turbinák forgatásához, az erőművek hatékonyságát pedig korlátozzák a turbinák forró fémalkatrészei. Ha viszont magasabb hőmérsékleten is működnek, akkor több energiát alakítanak át elektromossággá, miközben csökken az energiaveszteség, kevesebb hő kerül a környezetbe. A gazdaságos energia és a természet számára is win-win szituáció – magyarázzák a kutatók.

A fejlesztés bizonyítja, hogy 3D nyomtatással mennyire gyorsan és hatékonyan állíthatók elő új anyagok. A porformában lévő anyagokat gyorsan összeolvasztották, majd azonnal mintát printeltek.

Az új anyag az ötvözetfejlesztés fordulatát hozhatja el, mégpedig azért, mert egyetlen összetevője sem éri el az ötven százalékot. Összehasonlításként: az acélban 98 százalék a vastartalom, a többi szén és más anyagok, de már ennyi is elég volt a világ megváltoztatásához. Később sok esetben két vagy három elem összekeverésével próbáltak használható ötvözeteket kidolgozni.

A Sandia kutatásában viszont más ötnél több van. Számítógépes modellezéssel kidolgozható, milyen anyagkombinációk, hány és milyen anyag alkalmas még szuperötvözetek előállítására.

Döbbenetesen komplex keverékekről van szó. Összes anyaguk atomi szinten áll interakciókban egymással, és ezek az interakciók határozzák meg az ötvözet szilárdságát, tartósságát, hol lehetnek mikroszkopikus léptékű repedések stb. És mindez előrejelezhető.

Nagyobb mennyiségben egyelőre problémás az előállítás. A méretezés bonyolultsága mellett az összetevők magas ára is hátráltató tényező, így pedig borítékolható, hogy egy ilyen szuperötvözetből belátható ideig nem lesz fogyasztási cikk, az alkalmazások ipari területekre korlátozódnak.

A világ teherautó-forgalma napról napra nő, a járművek irdatlan távolságokat tesznek meg, alkatrészeik törvényszerűen kopnak, meghibásodnak, pótlásra van szükségük, ami nem mindig egyértelmű. A csere-alkatrész beszerzése sajnos sokáig eltarthat – esetleg nincs raktáron, hagyományos technikával hosszú ideig elhúzódhat a gyártás, és a minőség sem mindig jó.

A szállítás pont ezek az okok miatt ma már elképzelhetetlen 3D nyomtatás nélkül.

Az 1927-ben, Baden-Württemberg szövetségi tartományban alapított, német Stegmaier Csoport teherautók, kamionok gyártásával, szolgáltatásával foglalkozik. Szembesülve az említett problémákkal, elkezdték tanulmányozni a 3DP-t, és hamar rájöttek a technológiában rejlő potenciálra, hogy csere-alkatrészek additív gyártással történő előállítása a megoldás.

Evidencia, hogy minél rövidebb idő alatt, minél nagyobb távot tesz meg egy jármű, annál hamarabb jönnek a hibák. Az olajbetöltő szerkezet kupakjának a törése az egyik legáltalánosabb. A teherautó sok motorolajt veszít miatta, ami akadályozza a további útját.

A Stegmaier Csoport korábban csak a törött alkatrész újrarendelésével, és miután a rendelés megérkezett, helyettesítésével tudta megoldani a problémát. Mivel ez napokig, hetekig eltarthatott, és a minőség sem volt garantált, újragondolták a teendőket, és egyik leányvállalatuk beszerzett egy a célra rendszeresített 3D nyomtatót.

Prototípusokat, kisszériás végtermékeket és szerszámokat készítenek vele. A csere-alkatrészeket nagyon hamar kinyomtatják, és külön előny, hogy fémrészek például PA-6 polimerből készült printekkel helyettesíthetők. Ezek a műanyagok ugyan hőre lágyulnak, viszont lassan kopnak és strapabírók, tartósak. Ráadásul, ha egy alkatrész eltörik, hipp-hopp printelhető a cseredarab. Az eredeti gyártó alkatrészének modelljét adatbázisból töltik le, és közvetlenül ki is nyomtatják.

A 3DP komoly előnye még a raktározás leegyszerűsítése, minimalizálása. Nem kell tárolniuk nagyon ritkán, mondjuk, évente csak egyszer-kétszer szükséges alkatrészeket, mert ha pont kellenek, gyorsan kész a nyomat. Az ilyen alkatrészek ráadásul csak nagymennyiségben szerezhetik be, aztán évtizedekig porosodnak, elavulnak a raktárban.

Mindezzel a károsanyag-kibocsátás és a költségek is csökkennek.

Megrongálódott, rossz állapotban lévő történelmi emlékművek, UNESCO Világörökség Helyszínek helyreállításához több alkalommal alkalmaztak már 3D nyomtatótechnológiákat.

A néhány éve indult Scan The World kezdeményezés célja felbecsülhetetlen értékek leszkennelése, megőrzésük biztosítása, és hogy minél többen láthassák ezeket a műemlékeket. A szervezet például tavaly októberben a Húsvét-szigeti tűzvészben megrongálódott titokzatos szobrokról, a moaikról készített szkeneket.

Régi tárgyak sajnos balesetek és vandalizmus nélkül is károsodnak, romlik az állaguk. Nem véletlen, hogy ősi könyveket, kéziratokat kutatók is csak kesztyűben foghatnak meg. Emlékművek esetében is, ahány érintés, annyival romlik az állaguk.

Szerencsére 3D nyomtatással ma már ez elkerülhető, de legalábbis lassíthatók folyamatok.

A kínai Jünkang-barlangok (korábban Vucsousun-barlangok) az ország északkeleti részén található ősi buddhista barlangtemplomok. Az V-VI. században épültek, 2001 óta UNESCO Világörökség helyszín, a 252 barlangban kb. 51 Buddha-szobor látható, a dél- és közép-ázsiai buddhista szimbolika és a kínai kultúra hagyományainak ötvözetei mintegy 18 ezer négyzetméter alapterületen.

Az egyik barlang újraalkotása eredeti méretben történt, a helyszín 17,9 méter magas, 13,6 méter széles, míg a fő Buddha-szobor 9,93 méter magas. Első lépésként kb. tízezer kép készült a barlangról és a szobrokról, majd a digitális modell következett.

A modellt 842 részre bontották, a részeket egyesével, több printerrel nyomtatták. A kivitelezők nem árulták el, hogy milyen gépet és technikát használtak, de a képek alapján valamelyik FDM-eljárás valószínűsíthető. Az installálás és a színezés három hónapig tartott.

A digitálisgyártás-szolgáltatásokat nyújtó Protolabs nyomatok gyors elemzéséhez bevezette a „Tervezés a gyárthatóság érdekében” (Design for Manufacturability, DFM) megoldást. A Minnesota állambeli vállalat szerint a DFM nyugalmat hozhat a gyártóknak.

Fontos lépésnek tartják, mert a folyamat megkezdése előtt további bizonyosságot jelent egy-egy nyomat gyárthatóságáról, hogy jó, ideális-e, vagy esetleg nem alkalmas rá. Az elemzés online, néhány másodperc leforgása alatt történik.

A Protolabs vezetősége elmondta, hogy a DFM megkönnyíti alkalmazásmérnökeik munkáját: kevesebb projektben kell közvetlenül részt venniük, és több, még gyorsabb szolgáltatásokat igénylő ügyféllel léphetnek kapcsolatba.

„Az additív gyártás a mérnököknek korábban komoly nehézségeket okozó összetett tárgyak előállítására lehetőséget adó, zseniális technológia” nyilatkozta Andrea Landoni, a Protolabs 3DP termékmenedzsere.

Több projektnek viszont technikai segítségre van szüksége a munka – nyomtatás – közben felmerülő komplex problémák kezeléséhez. Ezekben az esetekben az alkalmazásmérnökök még mindig elérhetők, hogy megoldást keressenek, és felgyorsítsák a munkafolyamatokat.

A DFM-mel a legtöbb általános probléma esetén nincs időveszteség, és elkerülhető, hogy mérnökök rábólintanak valamire, aztán órákkal később mégis találnak hibát. A felhasználóknak így is, a problémák zömének megoldása ellenére, bármikor szüksége lehet segítségre.

A 3DP közismert rugalmassága ellenére, a felhasználónak ismernie kell a technológia korlátait is. A DFM elemzés pont ebben segít másodpercek alatt – a felmerülő kritikus és nem kritikus problémákra egyaránt figyelmeztet: egyes komponensek túl nagyok a gyártáshoz, vagy a méretek ugyan a küszöbérték alatt vannak még, de csak annyival, hogy később bármi lehet, és a nyomat esetleg nem lesz tökéletes, minősége elmarad a várakozástól.

A gyorsaság fontos szempont, de csak akkor, ha kiváló minőséggel társul. Az azonnali DFM elemzéssel minden korábbinál többet megtudhatunk a várható minőségről, biztosabbak lehetünk a gyártás végeredményében.

A Holcim és a Brit International Investment svájci székhelyű közös vállalkozása, a 14Trees húzta fel Afrikában az első nyomtatott házat, de – szintén Afrikában – a világ első printelt iskoláját is ők jegyzik. A kenyai Kilifiben ötvenkét ház nyomtatását tervezik egyetlen, igaz nem akármilyen 3D printerrel, hanem az épületnyomtató-fejlesztésben világelső dán COBOD a kategóriájában az egyik legjobb eladási mutatókkal rendelkező, robotikus BOD2 gépével.

A munkát tavaly októberben kezdték, januárra pedig, pont tíz hét leforgása alatt, be is fejezték tíz ház falainak a nyomtatását. Csak a BOD2-t használták hozzá, és látványos gyorsasággal haladtak.

A projekt környezetbarát profilja elnyerte a Világbank fejlesztésekkel foglalkozó pénzügyi intézete, az IFC „EDGE Advanced” fenntartható tervezés tanúsítványát. A szervezet az erőforrás-hatékony, potenciálisan zéró széndioxid-kibocsátású építészeti kezdeményezéseket értékeli az elismeréssel.

3D nyomtatással két probléma oldható meg egyszerre: gyorsabb és olcsóbb az építkezés, és így megfizethetőbb lesz a lakások ára. Mivel ezek a házak kevesebb anyagból készülnek, a bolygó erőforrásaiból is több marad a jövő generációi számára – hangsúlyozza a 14Trees vezetősége.

A következő szakaszokban, szakaszonként tíz-tizenöt házzal, a lakók mindennapjait megkönnyítő, későbbi változtatási, bővítési opciókat lehetővé tevő több újítást vezetnek be. Igyekeznek kihasználni a technológiában rejlő személyre szabhatóság lehetőségeit.

A 14Trees az építkezés minden egyes szakaszával próbálja tovább csökkenteni a kiadásokat. Úgy csinálják, hogy azok legalább húsz százalékkal alacsonyabbak legyenek, mint a hagyományos technikával épített házaknál. A Holcim helyi üzemben készült TectorPrint anyagaival dolgoznak, amely már önmagában jócskán csökkenti a gyártási költségeket.

A COBOD szintén elégedett. Kiemelik a nehéz afrikai körülményeket, és ezeket figyelembe véve, valóban bámulatos az egy helyszínen mindenki másnál több házat nyomtatott 14Trees teljesítménye, ráadásul a cég nem öt, hanem csak egy géppel dolgozott – hangsúlyozták.

A szilárdtest elemekkel és 3D nyomtatással foglalkozó kaliforniai Sakuu, a következőgenerációs SwiftPrint elemek és más komplex aktív eszközök gyártója, Kavian platformján 2022 decembere óta a vállalat sikeresen és folyamatosan printel kiváló teljesítményű, egyedi formájú és méretű elemeket. A kategóriájában világelső teljesítmény fontos lépés a kereskedelmi forgalmazás, nagy mennyiségben történő gyártás felé.

A vállalat vezetősége elmondta, hogy a Kavian bebizonyította: alkalmas széles választékban, lítium-iontól, lítium-fémig, vagy szilárdtestekig, elemeket gyártani. A legfejlettebb hagyományos módszerek esetében a tömeges gyártást akadályozó folyamatos problémák merülnek fel. A Sakuu technológiájával kezelhetők ezek, ráadásul az energiafelhasználás is csökken, plusz az elemek egyedire szabható formája és mérete a terméktervezés fontos eleme.

Saját maguk által kidolgozott többanyagos, többréteges, párhuzamos és száraz ipari folyamatot alkalmaztak a lassabb lépésről lépésre történő, alapvetően nedves, nagyobb energiahasználattal, esetleg gyenge nyomatminőséggel járó, a megbízható gyártást nem garantáló eddigi nyomtatóeljárás helyett.

Technikájuk olcsó és gyors, a forma- és a méretkialakítás rugalmas, az elemek pedig a fogyasztókat és az ügyfeleket elsősorban érdeklő alapkategóriákban készülnek.

Saját lítium-fém vegyi eljárásukra alapozva, a nyomtatás nyersanyagokkal kezdődik, és mintával ellátott, használatra kész elemekkel végződik. Az elemeket eleve úgy printelik, hogy kapacitásaikat a lehető legjobban ki lehessen használni.

A Sakuu információi alapján, csak ők rendelkeznek szilárdtest elemek nagymennyiségű gyártására alkalmas megoldással. Additív gyártó és elemfejlesztő csapatuk közösen dolgozta ki, pedig kivitelezhetetlennek tartották előttük.

A Kavian platformot más elemgyártóknak, vezető járműipari, e-nobilitás és légjármű-gyártóknak egyaránt értékesítik, vegyi eljárásaikat pedig licencelik.

Az építőiparban egyre többször használják az additív gyártást. 2021 januárjában az USA Védelmi Minisztériuma eldöntötte, hogy szélesebb körben, például betonépítményeknél is alkalmazzák a technológiát. Dubaiban szintén 2021-ben fogalmazták meg az ambiciózus célt, mely szerint 2030-ra a kvázi városállam új épületeinek huszonöt százaléka 3D nyomtatással fog készülni. A kínai kormány is támogatja a cementalapú nagyobb épületnyomtatás projekteket.

Mivel a világ lakosainak száma folyamatosan nő, és 2060-ra eléri a tízmilliárdot, egyre sürgetőbb a lakhatósági problémák megoldása. Ugyanakkor a hagyományos építőipari technikák felpörgetésével a környezetszennyezés is jelentősen nő. A cementalapú gyártás a széndioxid-kibocsátás nyolc százaléka, ami önmagában beszédes szám, azaz sürgősen környezetbarátabbá kell tenni.

Az amerikai Georgetown Egyetem kutatói erről a témáról, cementnyomtatás és környezetvédelem kapcsolatáról publikáltak tanulmányt. A karbonsemlegesség megvalósításához a cementen és betonon alapuló ellátási lánc megváltoztatására, a szektor „széntelenítésére”, minél kevesebb üvegházhatású gáz kibocsátására van szükség, amiben kulcsszerepet játszhat a 3D nyomtatás.

A 3DP építőipari alkalmazásaira jellemző, hogy a technológiával idő, pénz és anyagok spórolhatók meg, minimalizálja az emberi terhelést, és nem utolsósorban a környezeti hatásai jóval pozitívabbak, mint a hagyományos technikáknak. A cementszektorban szignifikáns mértékben csökkenthető, fenntarthatóvá, de legalábbis fenntarthatóbbá tehető vele a károsanyag-kibocsátás – állapították meg a kutatók.

A tanulmány a nyomtatható keverékektől a végtermékig, azaz a printelt épületekig a teljes láncolatot áttekinti. Első lépésként, alacsonyabb széntartalmú, más cementszerű anyagokkal megerősített, printelhető keverékekre van szükség. Ezekben lehetnek ipari hulladékok, például salak, de a természetben képződő anyagok is, mint az agyag. Alternatív kötőanyagokat, például geopolimereket és a hagyományos betonból újrahasznosított matériákat szintén felhasználhatnak hozzájuk.

3D nyomtatással minimalizálható, nullára is redukálható a gyártás közben generálódó hulladék mennyisége, ezen kívül helyi forrásokból készülő új anyagopciókkal, így a szállítás kvázi kihagyásával tovább csökkenthető a környezetszennyezés. Ha viszont a cementalapú nyomtatást valóban egyedi módon, a klímakatasztrófa elkerülése miatt használjuk, akkor az összes gyártási folyamatot célirányosan, szigorúan és közelről kell ellenőrizni.        

Heti gyakorisággal olvasunk arról, hogy az Egyesült Arab Emírségekben, különösen Dubaiban újabb és újabb 3D nyomtatással kapcsolatos fejlesztések láttak napvilágot. Folyamatos és nagyszabású befektetések, látványos projektek, világelső épületek jellemzik az additív gyártás valóban lélegzetelállító helyi térhódítását.

A 3DP alkalmazása presztízskérdés is, Dubai 2030-ra nemcsak regionális központ, hub akar lenni – már azzá vált –, hanem az additív gyártásban a világvezető szerep elérése a cél. A vezetés mindent meg is tesz a nagyratörő elképzelések valóra válásához.

E törekvések adják a kontextust a folyamatos szakterületi fejlesztésekhez, szabadalmakhoz, így a Dubai Elektromosság- és Vízhatóság (DEWA) legújabb, immáron hetedik szabadalom-bejegyzéséhez is.

A hatóság kutatásfejlesztési központjában ezúttal a ragasztóanyagot a nyomtatólapon automatikusan elosztó eszközt hoztak létre. Az eszköz a nyomtatóanyag megfelelő tapadását biztosítja.

A DEWA vezetősége kiemelte, hogy legújabb munkájukkal is az additív gyártás infrastruktúrájának és speciális szoftvereinek a fejlődését támogatják, a technológiával pedig az energetikai szektor kihívásaira kívánnak adekvát válaszokat adni.

A DEWA 3D nyomtatóit prototípusok és alkatrészek készítésére használják a hatóság termelési, átviteli és elosztási részlegei számára. Másrészt készleteik, raktáraik digitalizálását is támogatják a technológiával. Kutatásfejlesztési központjuk globális innovációs platform, a hatóság munkájának egyik pillére. 3DP projektjeiket világszerte elismerik, ezirányú, a kvázi városállam 3DP stratégiáját támogató programjuk a szintén a 2030-as céldátumhoz kapcsolódó Dubai 10X kezdeményezések egyike.

A kutatóközpont a hét regisztrált szabadalom mellett nemzetközi tudományos konferenciákon ismertetett, szakfolyóiratokban publikált és ellenőrzött tanulmányt is jegyez. 48 kutató dolgozik náluk.