FREEDEE BLOG

A 3D nyomtatást ma már széles körben használják automatizálási folyamatoknál. Ezek egyike a népszerű ipari gyártómódszer, a préselés/présöntés. Az óhajtott mennyiségű öntőanyagot két fűtött préselő között nyomják össze, hogy kialakuljon a végleges öntőforma.

Más gyártófolyamatokkal összehasonlítva, a préselés költséghatékony. Kisebb részek és nagyobb komponensek egyaránt kivitelezhetők vele. Mivel az alapforma nyomtatható, nagyobb a tervezői szabadság, rugalmasabb és komplexebb geometriájú szerkezetek hozhatók létre.

Az egyik elektromos gyártó pont ezért vásárolt a kínai Flashforge nyomtatógyártótól több printert, köztük tizenegyet a cég zászlóshajójának számító Creator 4-ből. A befektetéssel a vállalat a munkaköltségeket 80, a munkaidőt 50 százalékkal csökkentette.

A 2012 óta 3DP-vel foglalkozó Flashforge több printere ismert, a gépeket változatos területeken, az oktatástól és az egészségügytől kezdve az ékszerészetig használják. Az ipari FDM-rendszer Creator 4 egymástól független két extrudálóval rendelkezik, és a többféle extrudálási opciónak köszönhetően a felhasználható anyagok köre is bővült. Több iparág, például a gépjármű-szektor, a medicina és fogyasztói termékek gyártói számára is ideális megoldás.  

 A gép optimalizált és kontrollált nyomtatási hőmérséklete és a rugalmas gyártás lehetővé teszi folyamatok, például a préselés automatizálását.

A préselés egyik kihívása az öntőformák és az anyagot a gépbe adagoló garatok megtervezése. Mindegyik garatnak passzolnia kell az öntőformához, ráadásul a formák alakja változatos, azaz sok garatra van szükség. Általában több tucat, akár száznál több öntőforma, méretenként pedig többszáz, összességében több tízezer garat kell.

Itt jön képbe a 3D nyomtatás, a Creator 4, amellyel napi negyven garat, tízzel több állítható elő, mint a korábbi eljárásokkal. A munkához elég egy alkalmazott. A nyomatok pontossága megfelel az elvárásoknak, és mivel a Creator 4 sok anyaggal (ABS, nejlon, polikarbonát stb.) kompatibilis, erősebb és kopásállóbb garatok és öntőformák készíthetők vele.

A gép előnye még, hogy a gyártás jobban kontrollálható, és így könnyebb és könnyebben helyettesíthető darabok állíthatók elő.

Az MIT (Massachusetts Institute of Technology) kutatói, a világon először, teljes egészében digitálisan készített plazmaszenzorokkal álltak elő. Ezeket a szenzorokat műholdak használják a légkör vegyi összetételének és ionenergiájának meghatározására.

A 3D nyomtatással és lézervágással előállított hardver ugyanolyan jól teljesít, mint a jelenlegi csúcsminőségű érzékelők. Az utóbbiakat viszont jóval drágábban és hetekig készítik. Ezzel szemben, az MIT-s érzékelők gyártása pár nap, és néhány tíz dollárba kerülnek.

Ilyen szenzorokat (RPA) 1959 óta használnak világűrbeli missziókon. Ionokban, elektromosan töltött részecskékben detektálják az energiát. A részecskék plazmában, a Föld felső légkörében lévő, túlhevített molekulák keverékében lebegnek.

Az érzékelőkben elektromosan töltött hálók sorozata található, pici lyukakkal. Ahogy a plazma átmegy a lyukakon, az elektronok és más részecskék kiválnak a masszából, mindaddig, amíg csak az ionok maradnak. Az ionok elektromos áramot hoznak létre, az érzékelő ezt az áramot méri és elemzi.

Az RPA sikerének titka a hálókat összehangoló borítószerkezet. Elektromosan szigetelőnek kell lennie, és el kell viselnie a hirtelen és drasztikus hőmérsékletváltozásokat. Az MI kutatói ezekkel a tulajdonságokkal rendelkező üveg-kerámia anyagot, vitrolitot használtak hozzá.

A vitrolitot a korai 20. században kísérletezték ki, gyakran alkalmazták színes csempékhez, nem véletlen, hogy az art deco egyik jelképévé vált. Annyira tartós, hogy még a 800 Celsius-fokot is elviseli, nagyon magas hőmérsékleten sem törik el. Ezzel szemben a félvezetők polimerjei már 400 Celsiuson kezdenek megolvadni.

Az alacsony költségek és a gyors gyártás miatt a szenzorok ideálisak a Föld felső légkörében kommunikációra és a környezet folyamatos megfigyelésére használt, szintén olcsó, kevés energiát használó és könnyű, úgynevezett kocka-műholdakhoz.

Az érzékelők gyártásakor műanyagok nyomtatásához kidolgozott folyamatot használtak. Ez teszi lehetővé a szenzorok komplex formáját.

A kutatók szerint az additív gyártás fontos szerepet fog játszani a jövő űrhardverének fejlesztésében.

Az elektronikus kiegészítők, kütyük olyan szintre fejlődtek, amit senki nem tudott elképzelni néhány évtizede. Rég eltűntek a csak egyetlen funkciót betöltő vaskos eszközök – okosórák, több célt szolgáló fejhallgatók, szemüvegek, magunkon viselhető cuccok vannak helyettük.

Egyre több elektronikát igyekeznek beágyazni ruhákba. Ezeknek a kutatásoknak a Dél-floridai Egyetem Villamosmérnöki Kara az egyik központja, ahol új módszert – hidrogénfejlődéssel segített (HEA) galvanizálást – dolgoztak ki a réz közvetlen textíliákra történő nyomtatására. A módszer további technológiai innovációk számára nyitja meg a kapukat.

Jelenleg a viselhető elektronika fejlődésében valószínűleg mérföldkőnek bizonyuló elektrokémiai folyamatot dolgozzák tovább.

A folyamat két additívgyártás-lépésből áll. Először lézernyomtatással sablont helyeznek el a textilfelületen, ami karbonizálódik, stabilabbá és tartósabbá válik. A következő lépésben rezet használnak, az folyamatos mintázattá alakulva alakítja ki az elektronikus alkatrész áramköri elrendezését.

A kutatók által fejlesztett speciális fúvókát 3D nyomtatóra szerelték, biztosítva az elektronikus alkatrészek termináljai és az áramkör közötti lokalizált galvanizálást, és szobahőmérsékleten forrasztották össze őket.

Az új eljárás és az eddigiek közötti döntő különbség. hogy a Dél-floridai Egyetemen növelték a folyamat közbeni elektromos feszültséget. Ez a víz elektrolízisét eredményezi, miközben a réz növekszik. A folyamat így egyrészt gyorsabb, másrészt javítja a nyomtatott szerkezet mechanikai stabilitását.

Az eddigi módszerek áramot vezető, fém és/vagy szén nanorészecskékből álló „tintán”, a részecskéknek a mintázat megszáradása utáni kapcsolatán alapult. Az erős elektromos ellenállás miatt az alkalmazások viszont csak egyszerű viselhető elektronikai cuccokra korlátozódtak. Ezek az eljárások nem elég jók érzékeny mérésekhez, magas elektromos áramú alkalmazásokhoz.

Az új módszerrel készültek viszont igen, sokáig tartó viselhető technológiák dolgozhatók ki vele, mert az eddigiekkel ellentétben, a szövetek nem károsulnak. Ezek az előnyök az egyedi 3D nyomtatótechnikának köszönhetők.

A projekt eredményeit változatos szektorokban, például az egészségügyben, a hadi- és a gépjármű-iparban hasznosíthatják, többek között akár újfajta űrhajós-ruhákat is készíthetnek majd így.         

Az amerikai Report Ocean kutatószervezet tanulmányt tett közzé az elasztomerek növekedő jelentőségéről a 3D nyomtatás üzleti világában. Becslésük szerint 2030-ra 1,389 milliárd dolláros piaci szegmensről beszélhetünk, 2020 és 2030 között 22,5 százalékos átlagos évi növekedéssel.

Az egészségügy és a gépjármű-ipar a gyors fejlődés két legfontosabb motorja. Azért lehetnek azok, mert az elasztomerek a két nagyon igényes szektor számára is több érdekes tulajdonsággal rendelkeznek.

A polimerek nagycsaládjába tartozó anyagcsoportot elsősorban gumiszerű rugalmasság jellemzi. Ezért képesek komoly deformációkat is elviselni, és a torzulások is korrigálhatók, általában nincs szó visszafordíthatatlan károsodásról.

Terméktervezők gyakran bekalkulálják, hogy az elasztomerből készült darabok, például autógumik rezgéseket srb. jól tűrnek. Ezeket az anyagokat nagyon össze sem lehet nyomni, így nagyon előnyösek tömítések gyártásához. A gyártók körében az elasztomerek a legnépszerűbb anyagok közé tartoznak.

A hőre lágyuló elasztomerek (TPE) az orvosi és a gépjárműszektor mellett fogyasztói termékek, például sportfelszerelések gyártásához is ideális anyagok.

A növekedéshez a covid pandémia szintén hozzájárult. Elég egyértelmű, hogy miért: maszkokhoz és tesztekhez is tökéletes anyag. A megnövekedett kereslet miatt sokszor használták nyomtatáshoz.

A szilikon elasztomerek piaca szintén gyorsan fejlődik.

Az iparági szereplők közül a 3D Systems és a Carbon járul leginkább hozzá a növekedéshez, Utóbbi négyféle elasztomer műgyantát, köztük biokompatibilis anyagokat is kínál. Például egyes Adidas cipők talpaihoz is elasztomert használnak. Mindezek miatt semmi meglepő nincs abban, hogy a legnagyobb piac az észak-amerikai.

A fejlődés fő hátráltatója az elasztomerek drágasága.

A híres svájci felsőoktatási intézmény, az ETH Zürich újabb projektet mutatott be, amelyben masszívan használták az additív gyártást. Ezúttal egy plafonról van szó, amelyet az ETH NEST nevű kutatóintézetében installáltak még tavaly ősszel.

Nyomtatott formákból áll, és 70 százalékkal kevesebb anyagot használtak hozzá, mintha hagyományos technikákkal valósították volna meg. Az ívelt formájú födém falevelek szerkezetére emlékeztet. Maga a design annyira komplex, hogy lényegében csak 3D nyomtatással kivitelezhették.

A 3D nyomtatás egyik leglátványosabb alkalmazási területén, az építészetben ma már többféleképpen használják a technológiát – közvetlenül terveznek részeket, prototípusokat dolgoznak ki, öntőformákat hoznak létre, és persze házakat, épületeket is printelnek.

A 3DP adta tervezői szabadság több lehetőséget biztosít az építészeknek, mint a hagyományos technikák. Az ETH Zürich kutatói is ezt használták ki: teljesen egyedi tervük megvalósításához energetikailag hatékonyabb, az anyagfelhasználás tekintetében viszont a klasszikus eljárásoknál kevésbé intenzívebb megoldásban gondolkoztak. Pont az ilyen elképzelésekhez „adja magát” az additív gyártás.

Köztudott, hogy a beton még mindig nagyon káros a környezetre, és a „klasszikus” építőiparban változatlanul nagy mennyiségben használják. Ezért kellene váltani, ha épp adott rá a lehetőség, és ezért is jön képbe egyre több projektnél a 3D nyomtatás.

A kutatók rétegről rétegre dolgozó printer helyett polimerből nyomtattak 43 öntőfirmát, amelyeket megtöltöttek betonnal. A darabok így csak öt centi vastagok.

A módszer előnye, hogy építészeti elemek (szellőzés, fűtés, hűtés) hozzáadásával bővíthető. Betonozás előtt ki is nyomtattak négy egyedi műanyag szellőzőcsatornát.

Elmondták, hogy megközelítésük nagyon pozitív hatással lehet az épített környezetre: kevesebb az anyagban lévő szén, kisebb az energiafogyasztás, nagyobb a tervezői szabadság.

A 3D Systems újra együttműködik a dél-ausztráliai Adelaide-székhelyű Fleet Space Technologies űrtechnológiai vállalattal. Antennákat nyomtatnak az Alpha műholdakhoz.

Az ausztrál cég egyedi terve és a 3D Systems szakértelme együtt tette lehetővé a teljes additívgyártás-alapú megoldást, amelybe a folyamat kidolgozása és a DMP Flex 50-en történő hídgyártás is beletartozik. A tervtől így tudtak három hét alatt eljutni a kisszériás gyártásig.

A printert jelenleg a Fleet Space Technologies Adelaide-i irodájában üzemelik be, és így lehetővé válik az antennák háton belüli gyártása. A csoportba rendezett, és együtt tevékenykedő Alpha műholdak mindegyikéhez készítenek antennákat.

A műholdak az ausztrál vállalat – minimális környezeti hatással járó – bányászati kezdeményezésének részei. Mérnökeik a méret-, tömeg – és teljesítmény-elvárásoknak megfelelően dolgozták ki az antennákat, és közben az utómunkálatok minimalizálására is ügyeltek. Tisztában voltak vele, hogy a komplex geometria csak 3D nyomtatással valósítható meg.

A 3D Systems szakértői csapata munkafolyamatokat dolgozott ki, hogy az antennát kinyomtathassák DMP Flex 50 rendszerükön. Két különböző anyagot (LaserForm AlSi10Mg-t és Al6061-RAM2-t) használtak.

A printer alacsony oxigénkörnyezetet fenntartó, egyedi vákuumkamra-architektúrája kritikusnak bizonyult. Az argongáz-fogyasztás drasztikusan csökkent, és az architektúra jó felületminőséget is biztosított, ügyelve a részletekre, minimalizálva a jelveszteséget.

A printerhez tartozó 3DXpert szoftver a tervezéstől az utómunkálatokig a 3D nyomtatófolyamat összes lépését támogatja, így a modellből gyorsan és gördülékenyen, ráadásul viszonylag olcsón készülhet nyomat.

Azzal, hogy a Space Fleet Technologies házon belül is rendelkezik DMP Flex 50-nel, bármikor printelhetnek korábban elérhetetlen szerkezeti komponenseket.

Az együttműködéssel mindkét partner elégedett.        

Az újra felhasználható borotvákra specializálódott Mutiny Shaving walesi startup bemutatta első teljesen nyomtatott, rozsdamentes acél borotváját, az R-1-et. Az Egyesült Királyságban ez az első olyan borotva, amelynek előállításakor semmiféle környezetszennyező hulladék nem generálódik. Fenntartható, szénmentes anyagokból készült.

A cég határokat feszeget: egyrészt a legtrendibb, legkúlabb borotvákat dolgozza ki, másrészt a terület világviszonylatban is legkörnyezetbarátabb vállalatává kívánnak válni.

A borotvát különlegessé teszi még, hogy speciális, kötött fémszálas extrudáló technikával nyomtatták. Ezzel a módszerrel fémnyomatok drasztikus mértékben olcsóbban állíthatók elő. Geometriailag ugyan kevésbé kidolgozottak, nem annyira komplexek, mint egyik-másik kereskedelmi termék, de egy borotva esetében ez nem is elvárás.

A Mutiny Shaving nem most próbálkozott először at additív gyártással. A hibrid Ocean Waste (Óceánhulladék) nyele és pengevédője újrahasznosított cornwalli halászhálókból készült. A hálókat cornwalli halászflotta adományozta, Cornwallban hasznosították újra őket, és a nyomatok is ott készültek.

A lokális gyártás a startup egyik stratégiai alappillére, mint ahogy az újrahasznosított, fenntartható anyagokkal történő gyártás is.

Egy harmadik borotva, a Mutiny Hybrid a Newport County Football Clubbal való együttműködés gyümölcse. Logós dombornyomott pengevédő és nyél van rajta, ami persze jó reklám is a focicsapatnak. Újrahasznosított PLA-ből printelték, és maga a PLA is fenntartható kukoricakeményítőn alapul. Sem a gyártás, sem a szállítás közben nem keletkezett hulladék – a tervezést és a nyomtatást egyaránt helyben, a walesi Newportban végezték.

A vastag és szögletes fogantyút úgy tervezték, hogy a szárítást megkönnyítendő, függőlegesen álljon. Csúszásmentes felülete miatt zuhanyzásnál és fürdéskor is használható. A pengevédő az ujjak biztonságáról gondoskodik. A csomag öt pengét tartalmaz, ára 25,99 font. A Hybridet életen át tartó használatra tervezték.

Egy megint másik borotva, a Rainbow Edition Hybrid neve – Szivárvány – a borotva színére utal.

A CONTEXT tanácsadó cég negyedévente tesz közzé tanulmányt az additív gyártópiac állapotáról. Az anyag az összes termékvonal gép-kiszállításaira összpontosít.

Ezúttal pozitív a végkicsengés, mert az ipari – 100 ezer dollár feletti – rendszerekből több mint 100 ezret szállítottak ki. A szám a súlyos globális környezet (kínai gazdaság covid miatti botladozása, Ukrajna orosz inváziója, világméretű infláció stb.) ellenére bizakodásra ad okot. A piaci szereplők optimisták 2022 hátralévő részét illetően.

A CONTEXT négy kategóriába sorolja a 3D nyomtatókat, és hangsúlyozza, hogy a kiszállított rendszerek száma nem azonos az értékesített rendszerek számával.

Az ipari kategóriába a 100 ezer dollár feletti, a tervezőbe a 20 és 100 ezer dollár közötti, a professzionálisba a 2,5 és 20 ezer dollár közötti, a személyesbe a 2,5 ezer dollár alatti gépek tartoznak, de a házilag összeszerelhető printercsomagokat nem veszik figyelembe az utolsó csoportnál.

2021 első negyedévével összehasonlítva, a két legérdekesebb szám a negyedév bevételeinek 69 százalékát jelentő, a tervezői és az ipari szegmensben tapasztalt 7 és 19 százalékos növekedés. Ez arra utal, hogy a cégek és más felhasználók is masszívabb, nagyobb hatékonyságot és termelékenységet garantáló gépekbe invesztálnak.

A tervező kategória top 10-es gyártói mind növelték kiszállításaik számát. Nem meglepő módon a 3D Systems és a Stratasys (a MultiJet és a PolyJet technológiával) produkálta a legnagyobb növekedést. Új szereplők is besegítettek, mint például a Stratasys által felvásárolt Origin, illetve a 3D System egyik új akvizíciója, a Kumovis.

Az ipari kategóriában tarol a binder jetting technika. A Digital Metalt felvásárló Markforged jól teljesít, akárcsak a rivális ExOne-t felvásárló Desktop Metal. A HP piacon hamarosan megjelenő Metal Jet Fusion rendszere lehet a szegmens további növekedésének egyik fő hajtóereje. Polimerfronton a Prodways, a BMF, a 3D Systems, a Farsoon és a HP, fémvonalon az Eplus3D, a Velo3D, a TRUMPF és a Farsoon teljesített jól.

A profi kategória gépei 2 százalékos növekedést produkáltak 2021-hez képest. Az egyik legnagyobb érdekesség az Ultimaker és a MakerBot fúziója. A Formlabs, a Raise3D és a Sprintray egyaránt remek mutatókkal büszkélkedhetnek.

A személyes használatra szánt gépek piacán viszont jelentős, 25 százalékos volt a csökkenés. A fellendülést az oktatás jelentheti – egyre több kormány ismeri fel a 3DP-ben rejlő ezirányú potenciált.

A Formlabs, a MakerBot és az Ultimaker termékeit a FreeDee forgalmazza Magyarországon.

A Formlabs arról számolt be, hogy a tíz éves alapítás óta a gépein nyomtatott darabok száma most haladta meg az egymilliárdot. A szám főként SLA (sztereolitográfia) alapú gépekre vonatkozik, de az SLS (szelektív lézeres szinterezés) nyomtatókkal készülteket is beszámították.

2021-ben kb. 9,4 millió SLA nyomat készült additívgyártás-szolgáltatóknál. Ők az összes SLA-nyomat harmadát, felét jelenthetik. Ha hozzávesszük a végfelhasználókat is, akkor 20 és 30 millió közötti darabról lehet szó. És ez csak 2021.

Az elmúlt tíz évben exponenciális volt a növekedés, ami minden bizonnyal a jövőben is így lesz. Persze itt nemcsak a Formlabsról, hanem más SLA hardvergyártókról is szó van.

A Formlabs 100 ezernél több SLA-printerét használják a világban. Ez a szám az SLA-hardver több mint 80 százalékát jelenti. A maradék 15 százalék nagyobb méretű ipari rendszer, és a Formlabs őket is túlszárnyalta.

A Formlabs 3D nyomtatók felhasználói a prototípuskészítéstől a szerszámokig, gyártásig, szerteágazó területeken dolgoznak a kezdetek óta folyamatosan javuló minőségű printerekkel.

A magas szám főként azzal magyarázható, hogy a Formlabs-nyomtatók kisebb léptékű sorozatgyártásra is alkalmasak már. A sorozatgyártás melletti másik fontos trend az egyre nagyobb ütemben terjedő személyre szabás. A printerek költséghatékonysága szintén sokat nyom a latba.

A cég gépeit például fogászok, fogtechnikusok kezdték el hamar használni, sok fogszabályzót és pótlásokat nyomtattak rajtuk – több százezer fogról van szó. Ez a szektor volt a 3DP egyik korai elfogadója, és a medicinában szintén egyre több Formlabs-nyomtató dolgozik.

A Gillette-től a Marvelnek tervező DreamWorksig sok világmárka használja a cég technológiáját. Magyarországi forgalmazója a FreeDee.

Az ipari 3D nyomtatásban hosszú évek óta meghatározó szerepet játszó német EOS saját M 290 fémnyomtatójára fejlesztett anyagokat mutatott be: RozsdamentesAcél 254, RozsdamentesAcél SuperDuplex, SzersámAcél CM55, NikkelÖtvözet HAYNES 282.

„Az anyagfejlesztést mindig az ügyfelek óhaja vezérli, és nagyon gyakran a velük folytatott szoros együttműködés eredménye. Ezt a négy anyagot speciálisan az additív gyártás szükségleteinek megfelelően terveztük, optimalizáltuk. Az additív gyártásra szabott ötvözetekkel, növeljük az érintett iparágak alkalmazási lehetőségeit” – nyilatkozta Sascha Rudolph, a vállalat egyik vezetője.

A 254 ausztenites rozsdamentes acél – ez, kristályos szerkezete alapján a rozsdamentes acél öt osztályának egyike. Elsődleges kristályos szerkezete megakadályozza, hogy hőkezeléssel keményedjen, és nem-mágnesessé teszi az anyagot. Az új nyomtatóanyag erősebb a hagyományosnál, klórozott és tengervizet használó, cellulóz- és papírgyártó, valamint vegyszerkezelő berendezésekhez ajánlott.

SuperDuplex változata még nagyobb szilárdságot és korrózióval szembeni ellenállást jelent, főként az olaj- és gáziparnak ajánlják, de a bányászatban és a papírgyártásban szintén komoly hasznát vehetik.

A korrózióval szembeni –nehéz terepeken is – komoly ellenállást mindkét anyag esetében az ötvözetben lévő magas króm-, molibdén- és nitrogéntartalom garantálja.

A CN55 kobaltmentes, szupererős és kemény acél, szerszámkészítő és tervezői megoldásokhoz ajánlják. Az ötvözet elemei és a mérsékelt széntartalom nehéz alkalmazásokhoz, magas hőmérséklethez is garancia. Gépészeti, hajtáslánc-alkatrészek, munkaeszközök lehetnek a tipikus hasznosulások.

A negyedik egy nikkelalapú szuperötvözet. Könnyen gyártható, nagyszerűen hegeszthető, oxidációnak, korróziónak remekül ellenáll, bírja a magas hőmérsékletet. A légjármű-ipartól rakétamotorokig, gázturbina-alkatrészekig, energetikai komponensekig, sok területen felhasználható.