FREEDEE BLOG

Évvégén, év elején mindig felmerül a kérdés, hogy mi várható az adott szakterületen, esetünkben a 3D nyomtatásban a következő, az újesztendőben. Az evidenciák kivételével, mint – mivel fiatal iparágról van szó – a „növekedés folytatódni fog”, részletesebb előrejelzést nehezebb adni. A 3D Printing Media Network portál szakértők és egy mesterséges intelligencia, a ChatGPT beszélgető bot véleménye alapján mégis előrevetített (természetesen a jelen és a közelmúlt mozgásain, makrojelenségeken alapuló) trendeket.

Az utóbbi években egyértelművé vált, hogy a 3DP megbízható, tartós és izgalmas gyártótechnológia. Egyes tendenciák, elsősorban a fenntarthatóság növelése, az ellátási lánc stabilizálása (legalábbis az iránta való igény) és az automatizáció mind szélesebb körű kiterjesztése gyorsan felerősödtek, és az additív gyártás széleskörű elterjedését hátráltató magas árak is ugyan lassan, de töredeznek le.

2023 a 3DP fogyasztói szegmensbeli (szemészeti és sportcuccok, lábbelik stb.) „személyre szabását” pörgetheti nagyon fel, idén az eddigieknél is egyedibb darabok várhatók tömegesebb szinten, és újabb márkák barátkozhatnak meg a technológiával. Ehhez persze a munkafolyamat még magasabb szintű automatizálása, a tervezés optimalizálása szükséges.

Ha minden optimalizált, akkor az áresésre is nagyobb az esély. Minél jobbak a szoftverek, annál gazdaságosabb és megismételhetőbb a gyártási folyamat, és a 3D nyomtatással végzett tömegtermelés is kivételes esetek helyett valósággá válhat. Ehhez viszont a szakmát képviselő vállalatoknak elsősorban a gazdaságosság terén kell nagyon komoly erőfeszítéseket tenniük.

Arra az ellentmondásra szintén megoldást kell találniuk, hogy a digitális gyártás eredményes működése még mindig nagymértékben függ az emberi beavatkozástól, viszont egyre kevesebb a szakképzett munkaerő. A vállalatok nélkülük nem tudják fenntartani a versenyképességüket, így ennek a problémának a megoldása lehet 2023 egyik legkomolyabb kihívása. Az automatizáció mindenképpen segít, de az, az egyre komplexebb és jobb munkát végző szoftverplatformok ellenére sem lesz évvégére teljeskörű, a tömegtermelés (a megrendeléstől a szállításig tartó) minden egyes, egymást követő lépésére alkalmazható, nem oldja meg a méretezhetőséggel járó összes kihívást.    

Az utóbbi esztendőkhöz hasonlóan a fémnyomtatás további növekedése várható, és a bejáratott területeken (légjármű-, autóipar, egészségügy stb.) eddig másként készített alkatrészek sokaságát fogják 3DP-vel előállítani, a fogyasztói szegmensben is egyre több fémnyomtatott termék jelenik meg, miközben a fenntarthatóság trendből szükségszerűséggé válik, ami sok új biológiailag lebomló, „zöld” nyomtatóanyag fejlesztését eredményezi. Ez a szükségszerűség újabb lökést adhat a 3D nyomtatás széleskörű alkalmazásához.

A Covid-19 és a geopolitikai feszültségek miatti ellátási lánc problémák megmaradnak. A gyártás folytatódó lokalizálásával – „elosztott intelligens gyártással” – viszont komoly összegek spórolhatók meg, környezeti hatása is pozitív, és részben megoldást kínálhat a problémákra.

A 2007 óta elektromos járművekkel foglalkozó olasz Automobili Estrema annó az egyik első elektromos meghajtású autóprojektet jegyezte. Most, tizenöt évvel később a mindenféle kurrens csúcstechnológiával, például nyomtatott szilárdtest-elemekkel felszerelt, kétmillió dolláros Fulminea szuperjárgányon dolgoznak.

A kezdetek óta behatóan foglalkoznak a környezeti hatásokkal, nyomtatótevékenységükhöz növényi alapú fotopolimer és termoplasztikus anyagokat használnak. Mivel végtermékeket nem állíthatnak elő belőlük, koncept modelljeikhez és prototípusokhoz dolgoznak velük. Minden máshoz szénrosttal dúsított anyagokat alkalmaznak.

A Fulminea (többek szerint „laboratórium kerekeken”) ötlete a Covid-19 miatti lezárások idején született, és ugyan nemzetközi tervező-/fejlesztőcsapatról van szó, az elektromos mobilitás mellett az olasz design elkötelezett hívei.

Az elektromos járművek elterjedésében az ország lemaradt, amin mindenképpen változtatni szeretnének. A Fulminea belső- és külső vázával, és más alkatrészeivel is elkészültek, nemrég fejezték be a működő prototípust, a nyomtatott elemekkel pedig komoly eredményekre számítanak.

Ezt a printtechnológiát a kaliforniai Sakuu Corporation találta ki, és bizakodik, hogy az egész elem/akkumulátoripart forradalmasítják. A velük működtetett járművek teljesítménye jobb, biztonságosabbak, egyedire alakíthatók ki, mint a korábbiak.

A főelem akár 500 ezer kilométerre elég, maximum ötezerszer tölthető újra, és a „zöld” elvárásoknak is megfelel. Szilárdtest-elemekhez kevesebb anyag kell, tovább tartanak, teljesen újrahasznosíthatók, és a fosszilis forrásokból származó folyékony elektrolit használatának is vége. Tetszés szerinti formára printelik, az ülések mögé helyezik őket.

A projektet főként előrendelésekből finanszírozzák, az első Svájcból érkezett.

A lézeres fémleválasztás 3D nyomtatótechnológiára specializálódott spanyol Meltio nemrég indította el szoftver-ökoszisztémáját, hogy biztosítsa felhasználóinak az ideális program-megoldásokat, minőségi és megbízható szoftvereket a fémnyomtató Engine Robot Integration és a hibrid Engine CNC Integration rendszerekhez.

A szoftverpartnerek platformja tizenkét tagból áll: SKM Informatik (SKM DCAM), Adaxis (AdaOne), AiBuild (AiSync), Autodesk (Fusion 360), Hexagon (Esprit), Camufacturing and Mastercam (Aplus+Mastercam), OpenMind (Hypermill), Siemens (SiemensNX), 1ATechnologies (Hy5CAM), ABB (RobotStudio 3D Printing PowerPack), SprutCAM (SprutCAM X).

A hivatalos platformindítást egyéves közös munka előzte meg. Igyekeztek feltérképezni az ügyfelek igényeit, melyiknek mik az elvárásai, mi felel meg leginkább. A partnerek értelemszerűen algoritmusokat is megosztanak egymás között.

Az előkészületek eredményeként a Meltio mérnökei és a többi cég a piacra vitte a szoftverplatformot.

A vállalat szoftvereket, illetve nyílt platformot kíván hardveres megoldásokhoz (robotokhoz, nyomtatókhoz, nyomtatórobotokhoz, CNC-hez). A szoftverek remek eszközök a fémnyomtatáshoz, és egyben ki is elégítik a 3DP folyamatosan bővülő ipari alkalmazásai iránti piaci igényt. Mivel a robotikus additív gyártás mellett hibrid technológiákkal is foglalkoznak, széles spektrumot fednek le.

A szoftver-ökoszisztéma változatos alkalmazásokhoz és iparágakhoz kínál lehetőségeket: szeletelési funkciókat, forgatható, nem-sík felületek kezelését, bevonatokat, 360 fokos opciókat, többrétegű anyaglerakást, javításokat stb.

A platformmal értelemszerűen a Meltio technológiai és üzleti potenciálja is tovább bővül.             

2022 a fenntarthatóság éve volt a 3D nyomtatásban. A környezetbarát szempontok egyre fontosabbá váltak, ma már a legtöbb projekt igyekszik érvényesíteni ezeket.

At additív gyártás alaptermészeténél fogva, zöldebb a hagyományos gyártótechnológiáknál, viszont szisztematikusan és kellő odafigyeléssel alkalmazva, a mostaninál is jóval környezetbarátabbá tehető.

A Hamburgi Műszaki Egyetemen (TUHH) egy egész csoport foglalkozik a témakörrel, Zöld 3D Nyomtatás projektjük olyan kérdéseket igyekszik megválaszolni, mint például, hogy mi a közös a papírból készült tojásdobozok és a fenntartható additív gyártás között. Fenntarthatóbb prototípusokon és modelleken dolgoznak.

Ezeket manapság elsősorban műanyagból készítik, de mivel sok műanyag eredete kétes, vagy a prototípust használat után kidobják, rengeteg hulladék termelődik velük, és sokat nem hasznosítanak újra. Árulkodó adat, hogy az Egyesült Államok településein generált műanyag-hulladék nyolcvanöt százaléka szemétlerakóban köt ki.

A TUHH kutatói a nyersanyag-forrásokat tovább megőrző és környezetbarátabb megoldásokat keresve, állapították meg, hogy műanyag helyett papírrostokból készült matériák jelenthetik az alternatívát. A projekt az ezekkel történő nyomtatást igyekszik megvalósítani, szemléltetni.

Itt jönnek képbe a tojáskartonok, mert a papírmasé-szerű anyagot belőlük nyerik ki. A kutatók behatóan tanulmányozzák, hogy a jövőben használható-e ez az anyag 3D nyomtatásra.

Az egyedi papírrostokat vízzel és ragasztóval folyékony masszává keverték össze, és igyekeznek kideríteni, milyen keverék, milyen arány lehet ideális. Ha pedig a ragasztó is bioanyag, akkor organikus hulladék lesz belőle, és ha sikerrel járnak, nemcsak prototípusok, hanem szállításra alkalmas, „személyre szabott” csomagok is készíthetők az új technológiával.

Az ITV népszerű Emmerdale szappanoperájának szereplőiről 3D modelleket nyomtattak, és a nyomatokkal készítették el a sorozat ötvenedik születésnapi epizódjának előzetesét. A tévétársaság a 3D szkennelés- és nyomtatásspecialista észak-angliai Europac3D-vel dolgozott együtt a projekten.

A munkákat részben az ITV leedsi műhelyeiben végezték, ott szkennelték le a hordozható kézi Artec Leóval (amit a FreeDee forgalmaz Magyarországon) a karaktereket. Teljes napot töltöttek a helyszínen a stábbal, ütemtervet készítettek a színészeknek, hogy milyen időintervallumokban és jelmezekben jelenjenek meg, milyen testtartásokat vegyenek fel. Mindent az animált előzetes követelményeinek megfelelően végeztek.

A szkennelést követően, a fájlokat az Europac3D-nél dolgozták fel, készítették elő nyomtatásra. Valamennyi modellről két eltérő méretű változatot dolgoztak ki.

A végső változatokon a Mimaki írországi forgalmazójával, a Hybrid Services-szel dolgoztak együtt, a nyomtatáshoz pedig a Mimaki 3DUJ-533 full-color gépét használták. Elmondásuk alapján ez a printer volt a legalkalmasabb a feladatra, a karakterek akár tízmillió színben történő megjelenítésére, és hogy a televízió képernyőn élethűnek tűnjön minden.

Elégedettek voltak a végeredménnyel. A japán cég gépei UV-vel jól megdolgozható nyomtatóanyaggal és vízben oldódó segédanyaggal működnek. A figurákat nyomtatás után megfürdették, a segédanyag a vízben kopott le róluk, semmiféle beavatkozásra nem volt szükség, és így elkerülték a karcolásokat, repedéseket, töréseket.

Az egyperces animált jelenet nagy vihar következményeit mutatja be a fiktív faluban. A főszereplőket súlyos érzelmeket kifejező testtartásban örökítették meg, miközben a természet őserői tombolnak körülöttük. A kamera úgy mozog körülöttük, hogy a végére egyértelművé válik: mindenki egy hatalmas torta díszleteleme a kocsmában.

Az Europac3D szerint az előzetes tényleg drámaira sikerült, a televíziósoknak nagyon tetszett a 3D szkennelés és printelés végeredménye.            

A mai divatvilágban különböző márkák ruhadarabjai nehezen különböztethetők meg egymástól. Egyre nyilvánvalóbbá válik hogy személyessé, egyedivé kell tenni őket.

A személyre szabásban – több más területhez hasonlóan – az öltözködésben is komoly szerep jut az arra tökéletes megoldásokat kínáló 3D nyomtatásnak.

A Hongkongi Műszaki Egyetem 2017-ben alapított 3D Nyomtatástechnológiai Központi Laboratóriumában (U3DP), egy egyedi kutatási projekt (A divattervezés felfedezése, textilek 3D nyomtatása alapján) keretében próbálják megmutatni, hogyan lehet ezt a legmagasabb technikai szinten kivitelezni.

A projekt kemény polimerek és a puha gyártás kombinációja, igyekeznek túllépni az anyagok lehetséges korlátait. Abból indultak ki, hogy különféle szövetekkel és ruhákkal, bárkinek képesnek kell lennie személyre szabott tervek készítésére.

A kutatók a nyomtatott darabok közvetlen moshatóságára is dolgoznak ki módszereket. A megvalósításhoz összefogtak a Stratasys-szel, és a nagyvállalat divatra specializált J850 TechStyle printerét használják.

Az első megoldandó kihívást a több anyagra érvényes gyenge felületi tapadás jelentette. A multifunkcionális nyomtató sokat segített puha és lapos anyagok, mint például a denim, a poliészter, a gyapjú vagy éppen a vászon nyomtatásában. Emellett erős színek, életszerű textúrák dolgozhatók ki vele.

A labor azonban nemcsak a Stratasys gépével, hanem más iparágakban használt printerekkel is dolgozik. A divatvilág még alaposabb megismerése a cél velük.

El is érték, hogy ruhadarabokra, szövetekre különböző vastagságú egyedi színeket és mintákat printelnek.

Egyre kevesebb a korlát, és a 3D nyomtatásnak köszönhetően mind inkább úgy érzik, hogy a jövő divatján dolgoznak.

Termékek, árucikkek hamisítása komolyan veszélyezteti a világgazdaságot és a biztonságot. Az Egyesült Államok Szabadalmi és Védjegyi Hivatalának (USPTO) beszámolója alapján a hamisítás és a kalózcuccok értéke 2020-ban 1,7 és 4,5 trillió dollár közötti összeg volt.

A fokozott erőfeszítések ellenére, a hagyományos hamisításellenes óvintézkedések, mint például a QR-kódok egyre kevésbé érik el a várt eredményt, ráadásul a síkfelületen való adattitkosítási kapacitás korlátozott jellege miatt könnyen gyárthatók, hamisíthatók.

A Hongkongi Egyetem gépészmérnökei szerint létezik megoldás, mégpedig azt kell kitalálni, hogy limitált térben hogyan növelhető a titkosítás sűrűsége.

Nagyon pontos 3D nyomtatási módszert találtak ki, amellyel új, polarizációs kódolású 3D-s hamisításellenes címkék készíthetők. Az új 3D címke jóval több digitális információt képes titkosítani, mint a hagyományos módszerekkel létrehozottak.

A fenilalanin (FF) aminosav, melynek α-helyzetű szénatomjához benzil oldallánc kapcsolódik. A dipeptidek egyik fajtája, amelyek akkor képződnek, ha két aminosav egy peptidkötéssel kapcsolódik egymáshoz. Maga az FF egyedi optikai tulajdonságokkal rendelkezik. Az anyaggal idegtudósok régóta foglalkoznak, mert használható az Alzheimer-kór kezeléséhez.

Kristály-jellegéből eredő egyedi tulajdonságai miatt újabban elektronikus és fotonikus eszközökhöz is alkalmazzák, és ez ragadta meg a hongkongi kutatók figyelmét.

A természet által meghatározott molekuláris ön- összerendeződés és a kutatók új 3DP módszerének kombinációjával többszegmensű 3D-s FF mikropixelek nyomtathatók. Kristályszintjük a nagyon sűrű adattitkosításnak megfelelően programozható.

Az amorf és kristályos szegmensek polarizált fényre adott különböző reakcióinak felhasználásával, egyetlen apró 3D pixel képes nullából és egyből álló, többjegyű bináris kódot titkosítani. Az információkapacitás jelentősen növelhető az emberi hajszál ezredrészét jelentő kicsi területen.

A kutatók bizakodnak, hogy technikájuk bármikor és bárhol eredményesen alkalmazható kívánsági szerint, egyedire kialakított biztonsági címkék készítéséhez. Közben az információbiztonsági szintet is jócskán növelik, amivel egyének és szervezetek egyaránt jól járnak.

Mivel a fenntarthatóság egyre fontosabb szempont szinte minden iparágban, az anyagfejlesztők jó ideje már nemcsak fémekben és műanyagokban, hanem jóval környezetbarátabb matériákban is gondolkodnak.

A fánál kevesebb „zöld” anyag létezik a Földön, ráadásul 3D nyomtatásra is remekül használható. A Forust binder jetting technológiájával és gépével nagymennyiségű faalapú termék nyomtatható, megfizethető áron. Több projektben használják már, ezek egyike a Cocoon újrahasznosított fatörmelékből printeléssel készült, igencsak dekoratív lógólámpája.

A lámpával egyrészt fenntartható fényforrást, másrészt organikus szerkezetre emlékeztető tárgyat akartak – mindenképpen természetes anyagból – nyomtatni. A végtermék nemcsak környezetbarát, hanem teljesen le is bomlik, ráadásul tényleg organikus formára, történetesen selyemgubókra („cocoons”) emlékeztet.

A kötőanyag-alapú (binder jetting) technikával a lerakott fapor-rétegeket növényi eredetű komplex polimerrel, szövetek és egy csomó növény fontos szerkezeti anyagával, ligninnel kötötték meg. A nyomtatás nagyon gyors, és semmiféle káros hatása nincs a növényvilágra.

A végeredmény 250x460 milliméteres, két típusban kapható, nyomtatás után manuálisan pácolható és megmunkálható, többféle fából, például tölgyből, tikből és dióból készíthető lámpa.

A búra egyben védi is a belső, organikus anyagok és nem mérgező fémek keverékéből létrehozott OLED fényforrást. A felhasznált anyagokat kidobták volna, tehát a Cocoon darab minden szempontból megfelel a környezetbarát termék kritériumainak.

A lámpa túllépés a hagyományos terméktervezésen, és jól szemlélteti az új technológiák fenntartható alkalmazását.

Jövőfény.

A Bentley Motors elsőként az iparágban, arannyal is nyomtatott részeket legújabb autócsodájához, az exkluzív Mulliner Baturhoz. 210 gramm tizennyolc karátos tiszta - sárga – arany lesz a vállalat 103 éves történetének leggyorsabb járműjében.

A W12-es Baturból csak tizennyolc készül, és előzetesen, darabonként potom 1,65 millió fontért, mindet eladták már a Mulliner ügyfeleinek. Az opcionális printelt aranyrészekhez a vezető által megérinthető, érintéssel funkciókat irányító pontok tartoznak, mint például az indítás/stop gombot körbevevő Charisma Dial, amellyel a vezetési módok szabályozhatók, válthatunk egyikről a másikra. A műszerfal az utastér központi eleme.

A műszerfalon lévő ikonikus Organ Stop szellőzés-szabályozó, akárcsak a kormánykerék más elemei, szintén aranyból készültek.

A Bentley Mulliner a híres birminghami Cooksongold aranyműves céggel közösen dolgozott ezeken a részeken. Az együttműködés szép példája a mai fejlett csúcstechnológiák és a hagyományos anyagok, anyagmegmunkálás szintézisének.

Az arany alkalmazásánál a fenntarthatóság is fontos szempont, mert régi ékszerekből nyerték ki a nemesfém-port, azaz száz százalékban újrahasznosított matériával, környezetszennyezés nélkül dolgoznak. A Bentley céljai között szerepel, hogy 2030-ig elérjék a teljes szénmentességet.

Az aranyrészeket, CAD modelleket használva, digitálisan tervezték. A nyomtatáshoz lézerrel olvasztó gépeket használtak, majd az ékszerészek manuális csiszoló/tisztítómunkája következett. Az a tény, hogy Birmingham közismert aranykovács negyedében dolgoztak, egyértelműen jelzi az anyag tisztaságát, eredetiségét.

A Bentley köztudottan előszeretettel alkalmazza az additív gyártást, szívesen dolgozik nemesfémekkel.

A növényekben található, hamu nevű természetes ásványok szinte semmit nem változtatnak az additív gyártáshoz tervezett természetes eredetű új összetett anyagok állapotán – derül ki az Egyesült Államok Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumának kutatásából.

A kutatók megállapították, hogy a biomasszában időnként gömbök formájában megtalálható hamu, ha mérsékelt mennyiségben használják, szignifikáns mértékben egyáltalán nem módosít a kukoricatörmelékből, az energiafű évelőből és hőre lágyuló PLA-ből (politejsavból) készült biokompozitok mechanikus tulajdonságain.

Politejsavval összekeverve, a kukoricatörmelékből és energiafűből származó rostok a 3D nyomtatáshoz megfelelő tulajdonságokkal rendelkező biokompozitokat (a 3DP-ben egyre nagyobb előszeretettel használt keverékanyagokat) eredményeznek.

A kutatás alapján a hamugömbök jelenlétével javul a munkafolyamat közbeni anyagáramlás. Az anyagokat extrudálás-alapú 3D nyomtatáshoz használhatják a jövőben.

A kutatók egészen addig elmentek, hogy a kukoricatörmelék biokompozit tizenkét százalék hamut tartalmazott. Szerencsére ez a magas mennyiség sem változtatott jelentősen az anyag mechanikai tulajdonságain (nyomás- és más külső hatások tűrése, szakítószilárdság stb.).

A kutatási eredmények alapján lehetővé válik, hogy a biofinomításból származó, magas hamutartalmú biomassza használatra kerüljön. A fenntartható üzemanyagok és más anyagok előállítási összköltsége csökkenthető így.

Következő lépésben több biomassza-anyaggal fognak kísérletezni, és a kompozitokat nagyméretű printereken fogják tesztelni az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban.