FREEDEE BLOG

A teherszállító hajók nagy és bonyolult motorjai komoly kihívást jelentenek a környezetileg fenntarthatóbb működésért küszködő iparágnak. Optimalizálni kell ezeknek a motoroknak az alkatrészeit, például a tömegük csökkentésével csökkenthető az üzemanyag-fogyasztás is.

Az additív gyártás segíthet a problémák kezelésében – állapította meg Thomas Dahmen, a koppenhágai Dán Műszaki Egyetem kutatója, a hajóiparnak is dieselmotorokat gyártó német MAN Energy Solutions vállalattal közösen végzett kutatási anyagban. Azt vizsgálták, hogy milyen hatása lenne egy printelt fecskendező fúvókának.

A tengeri szállítás a világkereskedelem nyolcvan, a kereskedelmi érték hetven százalékát jelentő, soktrillió dolláros, viszont komoly környezeti kérdéseket felvető iparág. A teherhajók növelik a lég- és a vízszennyezést, és más károkat is okoznak, az EU-s üvegházhatású gázok szállítás útján történő kibocsátásának 13,4 százalékáért felelnek, és ez nagyon magas szám, az iparágnak változtatnia kell.

Dahmen és társai azért összpontosítottak a fúvókára, mert az juttatja a motorokba a tisztább égés miatt levegővel kevert üzemanyagot. Részben a motor élettartama, tartóssága is a fúvókától függ, azaz a fenntarthatóság szempontjából is nagyon fontos alkatrészről van szó.

A kutatók jó ideje tisztában voltak azzal, hogy nyomtatott fémalkatrészekkel korábban elképzelhetetlen lehetőségek nyílnak meg. Egyértelműnek tűnt a lehetőségek átfogó tanulmányozása. Speciális mátrixszal vizsgálták a 3D nyomtatást, hogy mennyi pluszt ad az egészhez, majd moduláris csomagot dolgoztak ki a nyomtatott fúvókához, hogy hogyan kell megtervezni.

Az additív gyártáshoz kialakított design, a fúvóka meghajlítása eredményeként jobb lett az üzemanyag cirkulációja, és ezzel az égés. Az új terv miatt csökken a nitrogénoxid kibocsátás is. Mindezek bizonyításához viszont még több tesztet kell elvégezniük. Az eddigiek eredményei mindenesetre bizakodásra adnak okot.

Dahmen a különböző nyomtatóeljárásokat is tanulmányozta, és arra a következtetésre jutott, hogy a fúvóka előállításához a binder jetting a legalkalmasabb technológia.

A legmagasabb szintű nukleáris biztonsággal és atomenergiával foglalkozó amerikai USNC (Ultra Safe Nuclear Corporation) együttműködési szerződést kötött az Egyesült Államok Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumával (ORNL). A laboratórium új additív gyártóeljárását fogják használni atomerőművek egyes komponenseihez, tervezésükhöz.

A binder jetting fémnyomtató eljárás és a tűzálló anyagok alkalmazása a kulcs. Ezek az anyagok az extrém hőmérsékletnek is remekül ellenállnak, nem romlanak, nem kopnak, gyorsan és olcsón dolgozhatók ki belőlük bonyolult formák.

Az USNC termikus és elektromos reaktort fejlesztett, amelyet Mikromoduláris Reaktornak (MMR) neveztek el. Az USA-nak és Kanadának még jóvá kell hagynia, de ha minden a tervek szerint megy, ez lesz a világon az első, a nukleáris fúzió elve alapján működő erőmű.

A fejlesztéseket felgyorsítandó, az USNC az additív gyártást, elsősorban a labor által kínált technológiákat használja. A nukleáris iparban nem ők az elsők, akik élnek a 3D nyomtatás adta lehetőségekkel, és ebben az ORNL is fontos szerepet tölt be.

A maiaknál hatékonyabb energiarendszerekkel foglalkozó programjuk (Transformational Challenge Reactor Demonstration, TCR) erről szól, és a 3D nyomtatás is központi helyen van benne.

Az USNC elmondta: a reaktor egyik alkatrészéhez szilíciumkarbidot használtak. Ez a kerámia a hővel és a sugárzással szembeni ellenállásáról ismert, klasszikus megdolgozása viszont túl bonyolult és drága, pláne, ha komplex geometriákban gondolkozunk. Binder jetting technikával és egyes gázok szivárogtatásával viszont megoldhatók a problémák, ráadásul a labor által kidolgozott 3DP technikák kompatibilisek az erősen tűzálló anyagokkal.

Kurt Terrani, az USNC vezetője szerint ez az additív gyártás „Szent Grálja” – gyorsabban gondolkodunk, korábban nehezen kivitelezhető vagy megvalósíthatatlan geometriákat tudunk létrehozni vele. Azt viszont nem tudjuk, hogy milyen komponensekről van szó.

A cég az Oak Ridge közelében lévő ipari parkban tervez egy új, első körben pilotprojektként működő üzemanyaggyártó létesítményt üzemeltetni, és a közelség miatt, a partnerek között nyilvánvalóan a jövőben is lesznek komoly 3DP-alapú együttműködések.  

Több mint egy év kutatómunka után, a Hongkongi Műszaki Egyetem egyik csoportja nyomtatható vírusellenes anyagot fejlesztett. Elmondásuk alapján az új anyag hatékony a Covid-19 ellen, ráadásul teljesen mindegy, melyik mutációjáról van szó. Más baktériumok ellen szintén eredményes.

A projekt nagyon izgalmasan hangzik, kategóriájában viszont nem ez az első. 2021 februárjában az Additive Manufacturing Functional Materials (AMFM) csoport szintén bemutatott egy nyomtatható antivírus anyagot, csakhogy míg az fémből, a hongkongi felsőoktatási intézményé műgyantából készült.

A projektet vezető Lo Kwan-Yu elmondta, hogy laboratóriumi tesztjeik alapján, anyagukkal két perc alatt eltüntethető a koronavírus hetven, tíz perc alatt pedig a kilencven százaléka.

„A felületen található összes vírust és baktériumot nagyjából húsz perc alatt irtja ki” – összegzett a kutató.

A kísérleti fázisban vécé-ajtókilincs-védőket és liftek Braille-gombjait nyomtattak, rajtuk tesztelték az anyag hatékonyságát. Ezeket közel egy évig használták, és a koronavírusnak vagy más baktériumoknak semmi nyomuk sincs rajtuk.

Ez a tény azt bizonyítja, hogy a hongkongi kutatók hosszútávon is működő anyagot fejlesztettek.

Tervezéskor antivírus ágenseket tettek az egyik legnépszerűbb nyomtatóanyagba, a műgyantába. Sok más anyaggal ellentétben, az ágenseket nem a felületen helyezték el, hanem beágyazták a matériába, ami azért fontos, mert tisztításnál nem veszítenek a hatékonyságukból. 3D nyomtatással többféle formájú, változatos célokra felhasználható tárgyat hoztak létre belőle.

Mivel nagymennyiségben előállítható, elsődlegesen középületekben fogják használni. A következő hónapokban több mint száz hongkongi épület (iskolák, egészségügyi intézmények stb.) kilincseire printelnek belőle védőfelületet.

A fejlesztést szabadalmaztatják. Nagy előnye még, hogy olcsó, egy Braille-írásos liftgomb előállítási költsége 2,5 dollár. Mivel a járvány még sok országban tombol, az anyag gyorsan fontossá válhat.

A regeneratív orvoslással foglalkozó lyoni Healshape startup 6,8 millió dollár befektetői támogatást kap páciensek élő sejtjein alapuló mellimplantátumok bionyomtatásához. A 2020 januárjában alapított céget a francia állam szintén támogatja.

Küldetésüknek tartják páciens-specifikus mellimplantátumok készítését emlőrák-műtéten átesett nők számára. Ezek a beültetések lényegében bármilyen formában és méretben printelhetők, és a szervezetből való kilöködés kockázata nélkül rekonstruálható a mell.

Az anyag felszívódik a szervezetben, és így a páciens a hattól kilenc hónapig tartó folyamat végeredményeként visszakapja a saját mellét. Pszichológiailag és a további gyógyulás miatt is nagyon fontos, hogy újra elfogadja magát, ismét elégedett a testével.

A WHO adatai alapján évente több mint kétmillió nőt diagnosztizálnak mellrákkal. Nőknél ez a leggyakoribb rákos megbetegedés, kb. hétszázezren hunynak el minden évben.

A rákkal diagnosztizáltak közel negyven százalékának kell sebészi eljárással részben vagy teljesen eltávolítani a beteg mellszöveteket. A mai gyógyászat mellett, túlélési esélyük több mint kilencven százalék, ami azt is jelenti, hogy egyre többen igyekeznek „rekonstruáltatni” a testrészt, valahogy helyettesíteni a kioperált szöveteket.

Sok rekonstrukciós műtétnél más személytől vagy állattól származó puha szövetből álló mesterséges beültetést alkalmaznak. Ezeknél az eljárásoknál túl sok a változó, és mindnek „jól kell teljesítenie” a sikerhez. A gyógyulást a kiszámíthatatlan immunreakció szintén hátráltathatja.

A lyoni startup, szövetszerkesztő megközelítésével, a 3D bioprinting és a páciens saját sejtjein alapuló élő sejttenyészet összekapcsolásával ezeket a problémákat igyekszik megoldani.

A technológia kiindulópontja a szervezetben felszívódó, bionyomtatással bármilyen formára kidolgozható hidrogél. A beültetés után, a páciens testében lévő sejtek zsírátvitele megkönnyíti az új részek befogadását, azok természetes mellszövetté alakulását, miközben a hidrogél fokozatosan felszívódik, természetesre cserélődik.

A technológiát a francia Molekuláris és Szupermolekuláris Kémia és Biokémia egyik kutatócsoportjával közösen dolgozták ki, miután behatóan tanulmányozták a bionyomtatás folyamatait. A klinikai tesztek a következő két évben kezdődnek.

Két kaliforniai startup, a PrinterPrezz és a Uniformity Labs együttműködési szerződésen dolgoznak. A jövőben a Uniformity technológiáját fogják használni lézeres porágy-fúzióval és binder jetting eljárással készülő orvosi műszerekhez, egészségügyi alkalmazásokhoz.

Először a labor ultraalacsony porozitású Ti64 titánporával dolgoznak a PrinterPrezz innovációs központjában. Implantálható szerkezeteket készítenek, gerincoszlop-beültetéssel kezdik. Az implantot a 3D Systems ProX DMP printereivel nyomtatják.

Az alacsony porozitású por használatával jelentősen csökken a nyomtatási idő, a nyomtatási idővel pedig a gyártási költségek szintén csökkennek. A két vállalat az FDA, az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszer-engedélyeztetési Hivatalának a jóváhagyását igyekszik minél előbb megszerezni a termék forgalmazásához.

„Ki akarjuk használni a Uniformity Labs fémporainak minőségét, így az új termékek világszerte gyorsabban kerülnek kereskedelmi forgalomba, és a betegeknek kevesebbet kell kiadni rájuk” – jelentette ki Shri Shetty, a PrinterPrezz vezérigazgatója.

Ezek a porok általában jobb mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, nagyobb mennyiségben gyárthatók, mint a piacon hasonló célra beszerezhető többi. Mivel a két startup vezetősége az utóbbi években többször közösen dolgozott, kételyük sincs az együttműködés gördülékenységéről.

Izgatottan várják az eredményeket, olcsóbb műszereket és implantátumokat, orvosi platformjaik elérhetőségének bővülését.

„Szédületes üzleti lehetőség, titánporunk tökéletes alkalmazása. Kiváló az eddigi együttműködés, és nagyon várjuk új technológiáink és innovációs platformjuk összekapcsolását. Más iparágak már használják a nyomtatóeljárásunkat, és egyértelműen növelik vele a nyomatok értékét. Az egészségügyben ugyanezt az eredményt akarjuk elérni” – nyilatkozta Adam Hopkins, a Uniformity Labs alapító-vezérigazgatója.

A MakerBot összeállt a kaliforniai nonprofit Steam Alapítvánnyal, hogy az Egyesült Államokban minél több diák ismerje meg a 3D nyomtatást.

Az alapítvány neve a STEM művészetekkel kiegészített változatára, a STEAM-re, azaz a tudomány, technológia, mérnöki diszciplínák és a matematika oktatására utal. A 3DP tanítását a kindergartenektől a középiskolák utolsó osztályáig, minden nebuló-korcsoportra igyekeznek kiterjeszteni.

A diákok által vezetett alapítvány ingyenesen látogatható workshopokat szervez, 3D nyomtatás mellett robotika, grafika és kódolás szerepel a kínálatukban. Programokat is dolgoznak ki, amelyekkel a 3DP-t igyekeznek bevezetni az iskolai tantervekbe.

Aadhav Prabu és Akshar Raikanti, a két vezető évek óta oktatja a technológiát. Középiskolás koruk óta foglalkoznak vele, és máig komoly inspirációt jelent számukra, hogy akkori diáktársaikat nagyon érdekelte a 3D nyomtatás. Amikor egy klubot üzemeltettek, mindkettőjüket meglepte, hogy a tanulókat mennyire lekötötte a Replicator+.

Sokuk akkor látott először 3D printert, és innen jött az alapítvány ötlete, hogy minél több diák ismerje meg, használja, szeresse a technológiát.

„Örülünk, hogy együtt dolgozhatunk a 3DP oktatása iránt hozzánk hasonlóan elkötelezett MakerBottal” – nyilatkozta Prabu.

A MakerBot printerek és anyagok adományozásával támogatja az alapítvány munkáját, programjait.

A STEAM-oktatás komoly eredményeket ért el, egyre több diákhoz juttatja el a csúcstechnológiákat az utóbbi időben, ami olyan „küldetéstudatos” személyeknek köszönhető, mint az alapítvány két vezetője.

Tavaly ősszel 3DP tábort is szerveztek, és virtuális platformot biztosítottak az ország bármely részén élő érdeklődő tanulóknak. Kapcsolatba léptek egymással, együttműködések alakultak ki, közös projekteket dolgoztak ki, tapasztalataikat megosztották egymás között.

Az alapítvánnyal együttműködő MakerBot termékeit a FreeDee Printing Solutions forgalmazza Magyarországon.

Az additív gyártás fejlődésével teljesen egyértelművé vált, hogy az automatizáció és az intelligens megoldások kulcsszerepet játszanak a technológia jelenében és jövőjében. Ezek a megoldások egyértelműen javítanak a 3D nyomtatás lehetőségein, nagyobb konzisztenciát, méretezhetőséget és hatékonyságot biztosítanak.

Tuan TranPham, az Azul 3D egyik vezetője szerint az automatizáció és az intelligens technológiák az AM szélesebb körű elterjedésének meghatározó hajtóerői.

„Egyre több 3D nyomtatónak lesz szeme (gépi látás, helyszíni monitoring) és agya (gépi tanulás). Az elképesztő mértékben automatizált utófeldolgozó felszerelések a legizgalmasabb új lehetőségeket hozzák ki a technológiából” – nyilatkozta.

Az utófeldolgozás automatizálása egyértelműen az egyik legfontosabb trend. Minél több cég nyomtat közepes és nagymennyiségben, annál jobban nő az igény a skálázható utófeldolgozás és a teljesüzemes automatizációs megoldások iránt. A fejlett gépi tanulás és a vizuális technikák (gépi látás) a mostaninál konzisztensebb gyártáshoz vezetnek.

Az exponenciálisan növekvő „kiegészítő” technológiák, mint például a végtelenbe tartó számítási kapacitások, a mindenhol jelenlévő érzékelők és az egyre gazdaságosabb robotok szintén újradefiniálják a 3D nyomtatás lehetőségeit.

Ezek a technikai lehetőségek és a körkörös gazdasági közeg együttes hatására a termékek életciklusa is pozitív irányban változk.

A Materialise szerint az intelligens adatok, mint digitális gyártómegoldások, hihetetlenül fontossá váltak az additív gyártás fejlődésében. Az egyesített digitális gyártókörnyezetek nagyobb hatékonyságot, ismételhetőséget, skálázást és kontrollt garantálnak, viszont közös erőforrások és nyelv kell hozzá – és ez az adat. Az adat szerepe folyamatosan értékelődik fel, most még nem is látjuk át teljesen, hogy milyen mértékben befolyásolhatja (többféleképpen, minőségileg és mennyiségileg is) az AM jövőjét.

Az iparági együttműködések jelentős mértékben formálják az additív gyártás jelenét és közeljövőjét. Egyértelművé vált, hogy mindenféle, nemcsak ágazatokon belüli, hanem az ágazatok közötti közös munkák a terület iparrá válásának kulcstényezői.

„Erősebb együttműködést szeretnék látni az értéklánc kulcsszereplői között. Az anyagoktól a szoftverekig, különféle lehetőségeket összekapcsoló több érdekes ipari konzorciumot látunk. A tényleges lehetőségek viszont akkor valósulnak meg, ha ezek a konzorciumok valóban együtt dolgoznak, és a jövő gyárát építő pilotokra összpontosítanak” – nyilatkozta Joerg Bromberger, a piackutató McKinsey & Company-től.

Tovább bővülnek a nyílt innovációt és együttműködést promótáló ökoszisztémák, amellyel felgyorsul a technológia eredményeinek elfogadása, a tehetségek és a földrajzi sokszínűség jobban érvényesülnek, a munkahely definíciója pedig egyre hibridebb lesz.

Folytatódik az additív gyártás és a hagyományos gyártófolyamatok integrálódása, az on-demand (kívánság szerinti) ökoszisztémákon belül még meghatározóbb lesz a mozgékonyság, és a fejlődés természetes velejárója, hogy az AM olyan technikákkal fuzionál, mint a fröccsöntés, vagy a CNC-alapú fémgyártás.

Az additív technológiák más gyártószektorokba is beintegrálódnak. Ez a trend leginkább a szerszámkészítésben és a robotikában figyelhető meg. Rugalmasabbá válnak a szerszámkészítés munkafolyamatai, a robotikában pedig még gyorsabb az AM elfogadása.

Több robotfejlesztő a jobb szerszámkészítési lehetőségek miatt használja a 3D nyomtatást, a tervek egyedire alakításával, „személyre szabásukkal” pedig a robotikai alkalmazások egyértelmű piaci növekedést mutatnak.

Összességében nemcsak az additív gyártóiparon belüli együttműködések kulcsfontosságúak a technológia fejlődéséhez, hanem az is, hogy az AM-et más gyártóiparok is előszeretettel használják.

Az ellátói, beszállítói láncok és a logisztika volt az utóbbi idők 3D nyomtatótechnológiájának egyik legtöbbet vitatott témája, és ez a közeljövőben is így lesz.

A Covid-19 mellett más tényezők, például a klímakatasztrófa és a Szuezi csatorna forgalmának, gördülékeny működésének akadozása szintén problémákat okozott a globális ellátói láncban. Egyértelművé vált, hogy ezeket a hálózatokat újra kell gondolni, meg kell erősíteni.

Nem véletlen, hogy a digitálisan irányított, vezérelt gyártótechnológia, az additív gyártás kapcsán nagyon gyakran merül fel az ellátói láncok kérdése. A 3D nyomtatásban bőven benne van ugyanis az elosztott, lokalizált gyártás lehetősége, és a szakadásokkal jócskán nyílt alkalom mindezek letesztelésére, és nem meglepő módon, működtek is.

Ez a trend nemcsak folytatódik, hanem fel is gyorsul, az évek múlásával egyre jelentősebbé válik.

Az elmúlt két évben az egész világ megtanulta, hogy mennyire fontos a nemzetközi függőségek csökkentése, valamint az ellátói lánc ellenállóképességének növelése. Az Európai Bizottság el is döntötte, hogy a függőségeket/sérülékenységeket feltérképezi, és a nagyobb rugalmasságot és mozgékonyságot garantáló technológiákba fektet, illetve promótálja a helyszíni termelést erősítő üzleti modelleket. A bizottság az additív gyártást ezek közé sorolja, úgyhogy több támogató, a piacot még jobban felpörgető szabályozásra számíthatunk.

A kiszervezett 3DP tevékenységeket így visszavihetik az eredeti helyszínekre, például az Egyesült Államokba, amellyel új munkahelyeket teremtenek ott, és a munka kevésbé kiszolgáltatott a globális gazdasági tendenciáknak.

Az ellátói láncokat minden 3DP-szakember kritikus fontosságúnak tartja, és a Covid-19 folyamatos jelenlétével az additív gyártásról kiderült, hogy az egyik legsokoldalúbb, legjobban alkalmazkodó, nem egyszer mentőövként szolgáló, a láncok akadozását kompenzáló technológia.

Az ellátói láncokat egyértelműen digitalizálni és lokalizálni kell, márpedig a gyorsaságot, eredményességet és fenntarthatóságot biztosító 3DP nélkül egyik sem megy.

Holdbéli építészeti projektektől rakéták nyomtatott alkatrészeiig, egyre nagyobb az érdeklődés a 3D nyomtatás űrbeli alkalmazásai, additív gyártás és világűr közös nevezőre hozása iránt.

Nem véletlenül. Az űrvállalatok számára a technológia ugyanis a lehetőségek új világát jelenti. A NASA és az Európai Űrügynökség, az ESA is új projekteket indított – az ESA partnere a fotopolimerizáción alapuló 3DP megoldásokkal foglalkozó osztrák Incus, a Lockheed Martin és a Makerbot pedig a NASA holdjáróján dolgozott.

Egyre több ilyen projektre számíthatunk. Legutóbb az ausztrál műholdgyártó Fleet Space jelentette be teljes egészében nyomtatott műholdak fejlesztését. Az Alpha nevű, úgynevezett műhold-konstelláció a Centauri konstelláció mellett lesz majd. Bő egy éve foglalkoznak a világon elsőként teljesen nyomtatott műholdakkal.

A vállalat vezetősége nagyon komoly előrelépésnek tartja a projektet, ami egyértelmű szándéknyilatkozat: az űrtechnológia világelsői közé akarnak tartozni, és mindent megtesznek azért is, hogy Ausztrália űrnagyhatalommá váljon, támogatják a kontinensország ezirányú törekvéseit.

A műholdaknak akár hatvannégy fémantennájuk is lehet. A Centauri sorozat és az Alpha közötti nagy különbség, hogy az előbbiek esetében csak négy antennáról van szó. Hatvannégy antennával a felhasználók IoT (dolgok internete) adatai is jobban felhasználhatók, több a terminál.

Magáról az Alpha termékek nyomtatásáról a cég nem árult el sokat. Az viszont tény, hogy az additív gyártás tette lehetővé az összekapcsoltság felturbózását, ami az egész űripar számára új lehetőségeket hoz el.

Szakmabeliek szerint az Alpha műholdak egyértelműen fundamentális változásokat jelentenek. A Fleet Space erre a meglátásra alapozza merész ambícióit.