FREEDEE BLOG

A 3D nyomtatás iparrá válásával lassan megjelennek az iparra a kezdetektől legjellemzőbb, emblematikus épületek: a gyárak. Nyilván a posztmodern, posztindusztriális idők üzemei teljesen mások, mint a 18. század végi Anglia füstös és koszos helyiségei, legfőbb rendeltetésük azonban még mindig a gyártás – ha ez digitális is –, azaz termékek előállítása.

Az ipari jellegű additív gyártáson belül a fémnyomtatás egyre meghatározóbb, és ennek megfelelően, nőnek a befektetések, bíztató a jövő.

A szakterület első, úttörő szolgáltatásai a gyors prototípus- és szerszámkészítés voltak. Akkoriban a 3D nyomtatás más technológiák kiegészítőjeként, és nem a legfőbb technológiaként funkcionált. A mai fémnyomtatás viszont jócskán eltér az eredeti céloktól, bár a prototípus- és szerszámkészítés változatlanul jelentős.

Az ezekre specializált cégek általában háromnál kevesebb, kisebb méretű fémprinterrel rendelkeznek, és lehetőségeiket folyamatosan bővítve, kínálatuk a kisszériás gyártással is kiegészült. Sokszor tervezési és konzultációs szolgáltatásokat is nyújtanak.

A három és tíz fémnyomtatóval rendelkező, még mindig a kis- és középvállalatok kategóriájába sorolandó cégek már bizonyos szintű sorozatgyártást is végeznek, többszáz, akár ezer feletti nyomattal évente. A fémnyomtatás mellett polimeralapú, sőt szubtraktív szolgáltatásokat szintén kínálnak. Tökéletesen átlátják a digitális munkafolyamatokat, a legmodernebb mérnöki szolgáltatásokat, utómunkálatokat stb.

Az elmúlt három év nagy nóvuma a teljes méretű additív fémgyárak megjelenése. Jellemzően, minimum tíz fémprintert üzemeltetnek, köztük komolyabb mennyiségű nyomat elkészítésére alkalmas nagyméretű gépeket, rendszereket is.

Jelenleg maximum kéttucat ilyen – tényleges – gyárról beszélhetünk világszerte. A gyártósorok magas szinten automatizáltak, az anyagkezeléstől az utómunkálatokig kevés emberi beavatkozásra van szükség. Akár évi sokezer nyomat előállítására alkalmasak. Szinte bármilyen alkalmazásban kompetitívek, de elsődlegesen a légjármű-, a járműipar, a medicina, a szerszámipar, az energetikai és a fogyasztói szektor számára dolgoznak.

A fémnyomtatás szolgáltatói szegmensének jelentős részét változatlanul kis- és középvállalatok alkotják. A leggyorsabb növekedést a hardvergyártók (ExOne, Digital Metal, 3D Systems, Stratasys) és az outsourcingra (kiszervezés) ráállt szolgáltatók (Proto Labs, Xometry, Materialise, Siemens Materials Solutions) könyvelhetik el. A fémnyomtatás-szolgáltatásokat gyakran teljes digitális gyártócsomag részeként nyújtják, azaz általában polimer-alapú és nem additív gyártást is kínálnak velük együtt.

A legnagyobb 3DP hardveres cégek, a szakterület korai szakaszától főszereplők hamar szolgáltatókká váltak, de vannak köztük újabbak is.

A kínai Bright Laser Technologies például ma már világviszonylatban is az egyik legnagyobb additívgyártó-üzemmel rendelkezik, míg a speciális szolgáltatásokban utazó, szintén kínai Falcontech a hardvergyártó Farsoonnal kötött partneri kapcsolatának köszönhetően vált meghatározó jelentőségű nagyvállalattá.

Más digitális gyártásszolgáltatók, mint a Xometry és a Proto Labs kötelékébe tartozó korábbi 3D Hubs, ma már csak Hubs online gyártóhálózatok létrehozására összpontosítanak. Ezek a cégek a (mesterséges intelligenciával megtámogatott) csúcsalgoritmusok lehetőségeit kiaknázva, egyre pontosabbak a nyomatok költségeinek kiszámításában. A kalkulációk a tömeg, a komplexitás és az anyagtípus alapján történnek.        

Az utóbbi évek – a hardverhez kapcsolódó – szintén fontos trendjeként a legnagyobb nyomtatóanyag-gyártók (GKN Additive, Oerlikon, Hoganas stb.) belső additív fémgyártó üzemeket és gyártórészlegeket alakítottak ki. A Sandvik például azért szerzett részesedést a ma a világon elsőszámú additív fémgyártás-szolgáltatónak számító olasz BEAM-IT-ban, hogy egyes gyártótevékenységeket házon belül végezhessen.

Ezek a befektetések számos előnnyel járnak.

Egyrészt lehetővé válik, hogy „belső” anyagokból előállított, magas hozzáadott értékű nyomatok forgalmazásával kamatoztassák az additív gyártáshoz szükséges speciális porlasztókba stb. fektetett összegeket. Másrészt, ezekkel a munkákkal több fémalapú additív gyártófolyamatban tesznek szert különleges és jól hasznosítható szakértelemre. Ismereteiket az ezekhez a folyamatokhoz kitalált új speciális fémötvözetek fejlesztésére és finomhangolására is használhatják.

A fémalapú additív gyártás élenjáró vállalatai jelenleg a prototípuskészítés, a kisszériás termelés és a digitális sorozatgyártás közötti átmeneti állapotnál tartanak. A sorozatgyártás utáni fázis a tényleges additív gyárakban végzendő tömegtermelés lesz.

Ezekre a folyamatokra rímel, hogy az utóbbi esztendőkben a legnagyobb 3D szoftverfejlesztő cégek (Autodesk, Dassault System, Ansys) és a legnagyobb 3DP szolgáltatók (BEAM-IT, Proto Labs, Materialise, Shapeways) könyvelhették el a legtöbb befektetést, ráadásul a tőzsdén is remekül teljesítettek.

A 3D Printing Media Network a fémnyomtatás piaci lehetőségeiről és trendjeiről készített felméréséből kiderül, hogy az additív fémgyártás szolgáltatói szegmense ugyan még nagyon fiatal és fragmentált, de óriási potenciál rejlik benne.

De kik a kulcsszereplők?

Globális bevételek alapján a 2020-ra vonatkozó felmérésben 142 fémnyomtatás szolgáltatót vizsgáltak, és a leginkább a légjármű-, jármű- és orvosi szektorban aktív olasz BEAM-IT végzett az első helyen: több mint örven fémprinterrel dolgoztak, majd a 3T felvásárlásával tovább erősödtek a pozícióik.

A kínai fémhardver-gyártó L-PBF a második, a kifejezetten drága projekteket is futtató német Toolcraft a harmadik. A negyedik és az ötödik helyen két – pontosabban másfél – „klasszikus” versenyző, a Stratasys és a 3D Systems On Demand Manufacturing áll. Utóbbi, miután a Trilantic North America részvénytársaság felvásárolta, a korábban használt Quickparts márkanév alatt fut.

A kínai Falcontech a hatodik, az Európában és az Egyesült Államokban egyaránt nagyon fontos szereplő, svájci székhelyű Oerlikon a hetedik. A digitális gyártás kiszervezésében (outsourcing) jeleskedő, 35 gépet üzemeltető minnesotai Proto Labs a nyolcadik, a francia 3DP hardvergyártó AddUp által felvásárolt, szintén francia PolyShape a kilencedik. A légjármű- és a védelmi iparban érintett kaliforniai Morf3D a tizedik. Korábban a 2020-ban bukdácsoló, majd a BEAM-IT által felvásárolt brit 3T is az első tízben volt.

A Siemens Material Solutions, a Sauber Engineering és a KAM az első tízből ugyan kimaradt, viszont mindhárom komoly növekedést felmutató, meghatározó szereplő.

A melbourne-i Monash Egyetem kutatói bemutatták, hogyan lehet a legfejlettebb 3D nyomtatóeljárásokkal kereskedelmi forgalmazásra szánt, ultraerős titánötvözetet előállítani. A világpremiernek tekinthető munka fontos lépés a légjármű-, az űr-, a védelmi, az energetika- és a biomedikális iparágak számára.

3D nyomtatással módosítottak egy újszerű mikrostruktúrát, és az így kidolgozott anyag korábban nem tapasztalt mechanikai teljesítményre képes.

Titánötvözetek készítéséhez, a kritikus alkalmazásokhoz nélkülözhetetlen masszívságuk eléréséhez bonyolult öntésre és termomechanikus feldolgozásra van szükség. A kutatók rájöttek, hogy ezek kiválthatók, és hőtanilag stabil és ultraerős nyomatokra alkalmas titánötvözet fémnyomtatással kivitelezhető.

Egyszerű utólagos hőkezelés után megfelelő nyúlás és szakítószilárdság érhető el – derül ki munkájukból. Az 1600 MPa az eddigi legmagasabb szilárdsági szint nyomtatott fémeknél. Ennél fogva, a kutatás kikövezheti a széleskörű alkalmazásokban hasznosítható, kivételes tulajdonságokkal és egyedi mikroszerkezetekkel rendelkező szerkezeti anyagok gyártásához vezető utat.

A légjárműiparban a titánötvözet az egyik legnépszerűbb anyag részek nyomtatásához. A statisztikák szerint viszont a kereskedelmi forgalomban beszerezhető, additív gyártásra használt titánötvözetek tulajdonságai sok szerkezeti alkalmazáshoz nem megfelelők. Legfőbb problémájuk, hogy szilárdságuk nehéz üzemi körülmények között sem szoba-, sem magasabb hőmérsékleten nem elegendő.

A kutatók által kínált teljesen új megközelítéssel készült ötvözet viszont alkalmas bonyolult formájú és terheléstűrő darabok gyártására. Eddig nem volt ilyen, ráadásul hasonló erősségű anyagokkal összehasonlítva, a gyártási költségek is sokkal alacsonyabbak.

A kutatási eredmények a kohászatra is komoly hatással lehetnek.

A 3D nyomtatást egyre többen alkalmazzák az építőiparban. A gyárban és a helyszínen is statikus és mobilrobotok egyaránt nyomtatnak építkezéseken használt anyagokat, például acél- és betonszerkezeteket. Ezekben a projektekben repülő robotokat, azaz drónokat is alkalmaznak. Képesek csoportosan dolgozni, kollektív munkamódszerüket a természet, méhek és darazsak inspirálták.

Az Imperial College London és a Svájci Szövetségi Anyagtudomány és Technológia Labor (Empa) kutatói repülő nyomtatódrónokat fejlesztettek. A gépek légi additív gyártást végeznek, repülés közben építkeznek és javítanak meg szerkezeteket.

A drónok nehezen megközelíthető, veszélyes helyszíneken, például magas épületeken, katasztrófa utáni mentőmunkálatoknál különösen hasznosak lehetnek.

A flotta drónja együttműködnek, és legalábbis laboratóriumi körülmények között csoportosan is képesek dolgozni. Egyetlen terv alapján, technikájukat menet közben, a körülményekhez alkalmazva használják. Repülés során teljesen autonómok, viszont humán irányítók ellenőrzik és vizsgálják a munkájukat. Ha szükség van rá, közbe is avatkoznak. A drónok által szolgáltatott információk alapján döntik el, hogy kell-e, vagy sem.

A technológia méretezhető, a jövőben sok esetben és környezetben nyújthat hatékony segítséget. A gépek a környezeti elemek geometriai változatosságához útvonaltervező programmal alkalmazkodnak.

A flotta az anyagokat repülés közben lerakó építő és a minőséget ellenőrző, az építők munkáját folyamatosan mérő, azokat a következő lépésről értesítő szkennelő drónokból áll.

A tesztekhez négy „testre szabott” cementkeveréket fejlesztettek a drónokhoz, hogy azokkal építkezzenek. Munka közben valós időben értékelték ki a nyomatok geometriáját, majd viselkedésüket úgy módosították, hogy alkalmazkodjanak az építési specifikációkhoz. Öt milliméter pontossággal dolgoznak. Egy 2,05 méter magas, 72 rétegből álló, poliuretán és egy 18 centis, egyedire kialakított cementhenger voltak a tesztprintek.

A jövőben bővülni fognak a lehetőségek, a fejlesztők építészeti cégekkel is együttműködnek, utóbbiak hitelesítik majd a munkájukat.

Átalakították Prága egyik villamosmegállóját, a hetedik kerületi Stromovkát. Az új megálló különlegessége, hogy a pad és a tetőszerkezet egy része 3D nyomtatással készült. A printelési folyamat mindössze 36 óráig tartott. Az átadásra szeptember második hétvégéjén került sor.

Csehországban ez az első (részben) nyomtatott villamosmegálló.

A munkát a prágai So Concrete végezte, és mint a cég neve is elárulja, betonban utaznak. A nyomatokat ingyen bocsátották a város rendelkezésére. A betonból készült kényelmes pad különlegessége, hogy tízszer masszívabb a hagyományos betonnál, azaz valóban ultraerősnek tekinthető.

Adam Scheinherr, a prágai önkormányzat közlekedési szakpolitikusa szerint a 3D nyomtatás sokat adhat a városnak.

„Ennek a betonfajtának és a 3D nyomtatásnak az egyesítése új módszer arra, hogy csak ott használjunk betont, ahol nélkülözhetetlen. A projektekhez való hozzáállás változását jelenti, és a fenntartható fejlődés feltételeinek megfelelő irányvonalat jelöl ki. Ne pazaroljuk az egyre ritkább energiát és erőforrásokat” – nyilatkozta Scheinherr.

Tehát Prágában is megjelent a 3D nyomtatással támogatott környezetbarát és gazdaságilag is hatékonyabb építkezés. A megálló esetében, más eljárásokkal összehasonlítva, az anyagoknak csak a hatvan százalékát használták el, és az emberi munkát is minimalizálták.

A nyomtatás végeztével, a So Concrete szállította a helyszínre a nyomatokat, és ott szerelték össze őket. A 3DP-t nem használták a teljes építési folyamatban, a tervet mesterséges intelligenciával optimalizálták, emberi munkára csak a végső módosításoknál volt szükség.

Karbantartásra sem lesz nagyon szükség, mert a tetőzethez használt anyag sokáig, száz évig vagy még tovább bírja. Tartósságáról árulkodik, hogy gátakhoz használják.

A városvezetés biztos abban, hogy nem ez az utolsó nyomtatott építmény Prágában. Már egy új gyalogoshidat és két meglévő híd felújítását tervezik a technológiával.

A Minnesota Egyetem mérnökei és kutatóorvosai 3D nyomtatással állítottak elő a lupusz nevű autoimmun-betegség kezelésére használható, egyedi fényérzékelő orvosi műszert. Ha közvetlenül a bőrre helyezik, valósidőben visszajelez a fénynek való kitettségről, a betegség állapotáról.

A pontosabb és „páciens-specifikus” információkat szolgáltató műszerrel az orvosok jobban személyre szabhatják a kezelést.

A lupusz gyulladásos betegség, immunrendszerünk saját testünk szöveteit és szerveit (ízületeket, bőrt, vesét, szívet, tüdőt, vérsejteket stb.) támadja meg. Mivel egyik eset sem pont olyan, mint a másik, ezért nemcsak diagnosztizálni, hanem kezelni is nehéz.

Az Amerikai Lupusz Alapítvány adatai alapján az országban 1,5, világszerte pedig legalább 5 millióan szenvednek a betegség valamelyik fajtájától.

Mivel fényérzékenységet okoz, az UV-sugárzás, legyen az nap- vagy mesterséges fény, tovább rontja a helyzetet. A kutatók pont ezért fejlesztették a fény és a lupusz közötti kapcsolatot vizsgáló műszert.

Bőrgyógyászok szerint nehéz előrejelezni, hogy a betegség tünetei mikor mutathatók ki, mikor válnak súlyossá. Az ultraviola és egyes esetekben látható fények mind a bőrön, mind a szervezet belsejében okozhatnak szimptómákat. Azt viszont sokszor nem lehet tudni, hogy a fényhullámhosszok milyen kombinációi vezetnek a megbetegedéshez.

A kutatók tanultak a 3D nyomtatással készült, magunkon viselhető (wearable) eszközökből, és ezeket az ismereteket felhasználva, dolgozták ki rugalmas UV fénydetektálóval felszerelt műszerüket.

A kategóriájában világelső eszközhöz alkalmazott nyomtatási technológiát nem árulták el. Magát a fénydetektálót a folyamatos megfigyelést garantáló, egyedire kiépített, hordozható konzolba integrálták. Több rétegből áll, biokompatiblis szilikon az alap. A szilikonba elektródákat és fényszűrőket ágyaztak be.

A 3D nyomtatást nemcsak a személyre szabhatóság, hanem a hagyományos módszerekkel összevetve, relatív gyorsasága és alacsony költségei miatt is választották. Bizakodnak műszerük széleskörű elterjedésében. Embereken végzendő tesztekre már meg is kapták az engedélyt.

A robotikus huzalíves additív gyártás (Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) amszterdami úttörője, az MX3D kinyomtatta az olasz C&C stúdió (Paolo Albertelli és Mariagrazia Abbaldo) „Bálna átjáró” tervét. A szoborcsoport egy bálna fejéből, uszonyából és farkából áll, bálnacsoport útját hivatott megjeleníteni.

Rozsdamentes acélból, az Mx3D MetalXL printerén készült. Az alkotók eredetileg egy városi park bálnaátjárójára, passzázsára gondoltak. A 880 kilós szobor-együttes a WAAM technológiával készült eddigi egyik legnagyobb műalkotás.

„Ha hajóból nézünk bálnákat, csak egyes részeiket látjuk előtűnni a vízből. Ez egy képzelt jelenlét egyfajta előjátéka, amely nemcsak az állatok valódi méretére utal, hanem az összes emberi kultúrát átszövő mítoszra is” – magyarázza Albertelli.

Az MX3D robotikus nyomtatótechnológiai tapasztalatai tették lehetővé a tervezési szabadságot, a munkafolyamat rugalmasságát és gyorsaságát.

A bálnafej például közel öt méter magas, míg a textúra, a szobornak pluszdimenziót adva, a valódi bálnabőr textúráját idézi. A bálna gyomrát és a jeget megjelenítő faragott márványkő a tisztelendő és védendő lakóhelyet jelképezi. A nyomtatott fémötvözet teljesen egyedi hangulatot ad a műalkotásnak.

A szoborcsoport a torinói Királyi Park „Állatok az udvarban” kiállításának része. A tervezőket Tonga körüli búvárkodásuk alatt látott bálnák és az óceán mélysége ihlették meg. Az állat mozgását, fordulatait nézve, fehér hasa úgy tűnt, mintha fekete-fehér csíkos lenne.

A nyomtatást Amszterdamban végezték. A munkában rengeteget segített, hogy a WAAM szinte bármilyen méret printelését teszi lehetővé, alig, vagy egyáltalán nincs szükség előre gyártott elemekre. A szoborcsoporthoz a cég legnagyobb gépét használták, a különálló részeket összehegesztették.

A Cementos Progreso több mint százhúsz éve gyárt cementet, betont és más építőanyagokat, dolgoz ki építőipari megoldásokat a közép-amerikai Guatemalában. Magas szintű szabványaikról és innovatív megközelítésükről ismertek.

Évekkel ezelőtt eldöntötték, hogy előrébb lépnek, és 3D nyomtatással bővítik technológiájukat, majd 2021-ben azt, hogy az épületnyomtatás úttörőjével, a dániai multinacionális COBOD nagyvállalattal fognak együttműködni. Ők a COBOD első latin-amerikai partnercége.

Az együttműködés nyilvánvalóan mérföldkő lesz, és lefektetik az új építési technológia régióbeli alkalmazásának az alapjait.

„A COBOD világvezető a szektorban. Meggyőződésünk, hogy az ő technológiájuk a legjobb a piacon. Megfigyeltük, hogyan építkeznek, és így biztosak vagyunk, hogy globális vezetőt választottunk a 3D épületnyomtatás hazai megvalósításához” – magyarázza Plinio Estuardo Herrera, a Cementos Progreso igazgatója.

Cége kutatásfejlesztési csoportja több mint három esztendeje foglalkozik nyomtatható cementalapú anyagok kidolgozásával. Ezen a területen, a 3DP építészeti alkalmazásában vezető szerepet töltenek be Guatemalában, és remélik, hogy enyhítik az ország és a régió lakhatási problémáit.

Múlt héten hivatalosan megnyitották Innovációs és Fejlesztési Központjukat, amellyel az épületnyomtató technológiák fejlődését akarják Latin-Amerikában felgyorsítani.

„Izgalommal tölt el, hogy ezzel a kivételes betonnyomtatóval dolgozhatunk újításainkon és kutatási projektjeinken a régióban. Érdeklődéssel tekintünk a 3D nyomtatás adta lehetőségekre, új dolgok építésére, valamint az általunk átélt itteni valóság megváltoztatására” – nyilatkozta Emanuel Ovalle, a Cementos Progreso ipari tervezője.

Jelenleg városi lakóházak 3D modellezésével foglalkoznak, amelyeket aztán a COBOD géppel terveznek kinyomtatni.

A COBOD részéről szintén elégedettek, kifejezetten örülnek a Latin-Amerikában valóban úttörő együttműködésnek.

A desktop 3D nyomtatás két meghatározó szereplője, az amerikai MakerBot és a holland Ultimaker összeállt, és ezentúl UltiMaker néven szerepel majd, és igyekszik tovább bővíteni a könnyen használható és hozzáférhető 3DP hardverek, szoftverek, anyagok és kiegészítők piacát, az alkalmazások és ügyfeleik számát, miközben mindent megtesznek a felelős gyártásért és a fenntartható fejlődésért. 

A két cég portfoliójának egyesítése komoly kínálatot jelent, jól bejáratott termékekkel, mint például a MakerBot Replicator nyomtatók, az Ultimaker S3, S5 és a többi gép, valamint két nyílt közösséggel: az Ultimaker Cora és a legendás Thingiverse (MakerBot).

Az új vállalat a növekedés felgyorsításába, új innovatív termékek kidolgozásába, kutatásfejlesztésbe és a piaci pozíciók további globális erősítésébe invesztál. A vezérigazgató az eddig a MakerBotot vezető Nadav Goshen lesz, míg az Ultimaker-főnök Jürgen von Hollen a következő hónapok átállásának levezénylését követően ki fog szállni a bizniszből.

Goshen elmondta, hogy a két csapat technikai szakértelmének összekombinálásával átfogó portfoliót dolgozhatnak ki professzionális, oktatási és könnyűipari alkalmazásokhoz. Jelenleg a két cég egymásba integrálásán munkálkodnak, hogy aztán maximálisan kihasználják az egyesüléssel értelemszerűen megnőtt lehetőségeket.

Az egyesülés lehetővé teszi, hogy az Ultimaker szervezeti és termékszinten is megszilárduljon, az eddigiektől különböző alkalmazásokra is kínálja termékeit, és persze gőzerővel dolgozzon a kutatásfejlesztéseken.

Az egyesített cég fenntartja eddigi székhelyeit, New Yorkban és Hollandiában egyaránt működni fog.

Mind az Ultimaker, mind a MakerBot termékeit a FreeDee forgalmazza Magyarországon.