FREEDEE BLOG

Az IDTechEX piackutató cég új beszámolót (The 3D Printing Ceramics 2022-2032) tett közzé a viszonylag fiatal és sokak számára teljesen ismeretlen kerámiaalapú additív gyártás jelenről és jövőjéről. Az összkép pozitív: 2032-re hétszeres növekedés, 400 millió dolláros piac várható.

A tanulmány a kitüntetett alkalmazások, az anyag- és a gépgyártók, a szoftverfejlesztők és a végfelhasználók mellett például a kerámiákat leginkább használó szektorokat elemzi.

A polimer- és a fémnyomtatással összehasonlítva, a sokkal kevésbé elterjedt és népszerű megoldást elsősorban kutatási célokra (majdani orvosi, környezetvédelmi, energiatárolási stb. alkalmazásokra) és prototípusgyártásra használják, tehát a kerámiás additív gyártásról nyugodtan állítható, hogy gyerekcipőben jár. Ezek a felhasználások ugyanis egyértelműen a 3DP kezdeti szakaszában bírnak kitüntetett jelentőséggel, ekkor ugyanis minden mást maguk mögé szorítanak.

A k+f és a prototípuskészítés mellett a légjárműipari, védelmi, fogorvosi és vegyi alkalmazások fontosak, de ezekben a szektorokban is csak kisszériás gyártásról beszélhetünk még – természetesen nagyon komoly potenciállal.

A kerámiák jelenlegi használatának legfőbb oka, hogy az így készült darabok jóval olcsóbbak, viszont komplexebb formák, mintha hagyományos technikákkal dolgoztak volna rajtuk. Fröccsöntéssel például jóval drágább, és hosszabb ideig tart a gyártás. Ebből a szempontból a kerámianyomtatás ugyanazokkal a ma már közismert előnyökkel rendelkezik, mint a polimer- és a fémalapú.

A binder jetting, a fénnyel történő megmunkálás, az extrudálás stb. a jelenleg leggyakoribb technikák. Egyes cégek, például a Lithoz és a 3D Ceram a kezdetek óta specialistának számítanak, mert már akkor, idejekorán ráálltak a kerámiákra.

Velük szemben, mások gépeiket úgy alakították át, hogy kompatibilisek legyenek ezekkel az anyagokkal. Érdeklődésük egyértelműen jelzi a növekedést, a területben rejlő piaci potenciált.

Rengeteget hallunk a 3D nyomtatás légjármű- és autóipari, vagy egészségügyi alkalmazásairól, az olaj- és gázszektoriakról viszont annál kevésbé. Pedig vannak, ráadásul nagyon fontosak.

A párizsi székhelyű multinacionális gyártó Vallourec és a Total például pár hónapja jelentette be, hogy egy északi-tengeri olajfúrótornyon sikeresen telepítették a világ első nyomtatott vízsugár-szabályozó szerkezetét, az olaj- és gázfúró ipar egyik biztonságkritikus komponensét. Általában azért használják, hogy a kutakban (építésük során) megakadályozzák a szénhidrogének felhalmozódását.

A kivitelezéshez, nagyobb darabokhoz ideális huzalíves additív gyártást (wire arc additive manufacturing, WAAM) használtak. A fémnyomtató eljárás az FDM-hez hasonló, csak nagyobb léptékben működik. A Vallourec a technológia egyik specialistájával, a rotterdami kikötőben működő RAMLAB 3DP laborral közösen végezte a printelést.  

A szabályozó 1,2 méter magas, tömege 220 kiló, ami ugyan soknak tűnik, de a 3D nyomtatásnak köszönhetően feleannyi, és a környezeti lábnyom is kisebb, mintha hagyományos technológiát alkalmaztak volna. A káros gázok kibocsátását 45 százalékkal redukálták.

Utóbbi szám kulcsfontosságú a Totalnak, mert 2050-ig 60 százalékkal akarják csökkenteni a széndioxid-lábnyomukat.

Erős nyomás alatt álló darabról van szó, aminek nagyon ellenállónak és megbízhatónak kell lennie egy tengeri olajfúró-torony biztonságos működéséhez. A gyártófolyamatot többször kellett hitelesíteni, számos teszttel ellenőrizték, hogy a szénhidrogének tényleg „kordában tarthatók”, nem lőnek-e ki, amelyek emberéleteket követelhetnek, másrészt nagyon súlyos természeti következményeik lehetnek.

Mindkét fél elégedett az együttműködéssel és az eredménnyel.

Vészesen közeledik a Halloween, az ősi kelta hagyományokból kialakult ír ünnep, október 31. éjszakája. Elsősorban az angolszász országokban tartják, de mára az egész világon elterjedt, így Magyarországon is egyre többen ünneplik a holtak szellemének visszatérését, amikor az élők félelmükben különböző maszkokba öltöztek, hogy úgy álcázzák magukat, védekezzenek.

Az élőhalottak éjszakája a globális populáris kultúra része lett. Filmek és novellák borzongatnak vele, az évek múltával azonban az ünnep bulizós, szórakoztató oldalára tolódott át a hangsúly, világszerte egyre több mókás maszkos rendezvényt tartanak.

Halloween-maszk természetesen 3D nyomtatással is készíthető, a printelt álarcok minősége pedig folyamatosan javul. A Batman Jokerétől kezdve Pókemberig, birodalmi katonáig, manapság a legkülönlegesebb és leghátborzongatóbb nyomtatott álarcokkal riogathatunk, vagy nevettethetünk meg például Salvador Dalival barátot, ismerőst. A 3Dnatives szakportál ezekből válogatott.

A 2018-ban alapított, Tennessee állambeli Maxxwell Motors az ExOne közreműködésével egyedi, nyomtatható réztekercselés tervet dolgozott ki innovatív elektromos motorjaihoz, de a tekercselt rész elektromos autókban és más járművekben, ipari eszközökben szintén használható.

Sikeresen bebizonyították, hogy a rendkívül hatékony, tekercselt rézrész 3D nyomtatással, „kötőanyag-sugárzás” (binder jetting) technikával elkészíthető. Az új megoldás kiküszöböli az elektromos motorok réztekercsinek hagyományos gyártásával járó kihívásokat. Nincs szükség klasszikus tekercselésre, hajlításra stb. Több hatékonynak nem nevezhető lépés kiiktatásával, javul az alkatrész teljesítménye is.

A Maxxwell Motor szabadalmaztatott elektromosmotor-tervein a réztekercsek az áramvezetés miatt teljesen körbeveszik a motort. Ezeken a részeken nagyjából 36 tekercset használnak. A két cég úgy döntött, hogy az összest egyetlen nyomatba integrálja, amellyel sok idő és természetesen pénz spórolható meg. Nem véletlen, hogy a korábban nehezen megoldott gyártási problémák is eltűntek.

A Maxxwell Motors hangsúlyozza, hogy mindig a legfenntarthatóbb megoldásokra törekednek, és a 3D nyomtatás ilyen: növeli a hatékonyságot, kevesebb a hulladék, optimalizált a teljesítmény. Már az alapításkor az elektromos motorok ritkaföldfém mágnesek nélküli gyártását tűzték ki célként, jelenleg kilenc amerikai és világszabadalmuk van, két terméket dobtak piacra: egy 10 kilowattos, léghűtéses motorgenerátort és egy 150 kilowattos folyadékhűtésű motort.

Az optimalizált réztekercsek és forgórészek a hibrid és a tisztán elektromos motorokra való áttérést biztosító tényezők közé tartoznak. A jelenlegi gyártási módszerek viszont költségesek, nem túl hatékonyak, korlátozottak a tervezési opciók, és mindez a teljesítményre is kihat.

A Maxxwell Motors és az ExOne sikeresen bebizonyította, hogy van más megoldás. Jelenleg azt fejlesztik tovább, és dolgoznak a teszteken.

Egy új digitális mikroszkóp, holográfiát és mélytanulást használva, egyetlen vércseppben detektálja a Covid-19-et. A diagnózis helyszínen, órák vagy napok helyett pár perc alatt készül el.

A Connecticut Egyetemen fejlesztett rendszer mostoha egészségügyi ellátásban részesülő területeken, de lassú tesztekkel dolgozó kórházakban is használható. A fejlesztők elmondták, hogy a géppel afrikai, ázsiai és általában korlátozott erőforrásokkal rendelkező országokon szeretnének segíteni.

Megfizethető, hordozható és gyors megoldást akartak találni, ezért döntöttek könnyen beszerezhető, olcsó alkatrészek (kamera, lézerdióda, lencsék, CMOS képszenzor stb.) mellett. A mikroszkóp házát természetesen 3D nyomtatással készítették el.

Sok betegség módosíthatja a vörösvérsejteket. A kutatók kíváncsiak voltak, hogy a koronavírus közéjük tartozik, vagy sem. A jel nanoléptékű, alig észlelhető, de a változás ennek ellenére megtörtént – állapították meg tesztek után. Súlyos eseteknél a sejtek mérete és formája is más lett.

A digitális holografikus mikroszkópok tökéletes szerkezetek e jelenségek a kimutatására. Sejtekről készítenek képeket, sejtek osztályozhatók velük, pontos információkat szolgáltatnak betegségekről. Ideálisak biológiai mintázatok tanulmányozásához.

Felbontásuk elég nagy ahhoz, hogy sejtek morfológiáját is meg lehessen figyelni velük. Mivel a képfeldolgozás zöméhez számítógépre van szükség, könnyű kezelni. A technológiával vérminta alapján többek között maláriát, cukorbetegséget, sarlósejtes vérszegénységet azonosítottak már.

A lézerdiódából jövő fény keresztülmegy a vérsejten, amit az objektívlencsék felnagyítanak. A fény egy része az üveglap elülső, más része a hátulsó feléről verődik vissza. A fénynek így két másolata generálódik, mindkettő keresztülment a sejten. Hologram készül, amelyet képszenzor vesz fel. A hologramot számítógéppel feldolgozó technikus közreműködésével hozzák létre a minta 3D profilját. Az adatokat gépi tanulással dolgozzák fel, a sejteket mesterséges ideghálók csoportosítják, ők mondják meg, hogy ki fertőzött, ki nem.

Egyelőre nem tudni, hogy a teszt mennyire alkalmas a betegség korai jeleinek észlelésére.

Az izraeli XJet eredetileg 2018-ban mutatta be, de csak most kezdte forgalmazni a „nanorészecske-sugárzással” (nanoparticle jetting) működő 3D nyomtatóihoz fejlesztett alumínium-oxid kerámiát, amellyel tovább bővült a cég nyomtatóanyag portfoliója.

Azért döntöttek az alumínium-oxid mellett, mert széles körben használt, és folyamatosan nő a vállalat NanoParticle Jetting (NPJ) gyártótechnológiája iránti kereslet.

Az anyagot az XJet nemzetközi partnerei hónapokig tesztelték az Egyesült Államokban. A folyamatos és szigorú tesztek, és az állandó munkakommunikáció eredményeként döntöttek az alumínium-oxid kerámia bevezetéséről, terjesztéséről.

„Az alumínium-oxid a legszélesebb körben használt és a legolcsóbb ipari kerámia, tökéletes választás volt, hogy a cirkónium-oxid után ez legyen a második kerámiánk” – magyarázza Dror Danai, az XJet egyik vezetője.

Az anyag mechanikailag nagyon szilárd, rendkívül kemény, elektromosan jól szigetel, kopásálló, a hőt kiválóan vezeti, gond nélkül tűri a magas hőmérsékletet. Az alumínium- és a cirkónium oxid is ipari kerámia, mindkettő tökéletesen ellenáll a vegyszereknek, nem korrozívak, szigetelnek és masszívak. Pont e tulajdonságaik miatt hagyományos módszerekkel, mint például CNC marással, különösen szinterezés után, nehéz megmunkálni őket.

Az XJet additív gyártórendszereivel megszűntek a korábbi korlátok, a felhasználók kedvük szerint dolgozhatnak a két anyaggal, komplex geometriájú részeket, belső üregeket alakíthatnak ki a nyomatokban. Mondani sem kell, hogy hagyományos kerámiagyártó technikákkal nem lehetett ilyesmiket megvalósítani. Az oldódó segédanyagokat használó NPJ-vel hihetetlen pontos, részletesen kidolgozott nyomatok állíthatók el, döbbenetesen simára munkált felületekkel.

„Nagyon örülünk, hogy végre piacra vihettük ezt a kivételesen hasznos és értékes ipari kerámiát. Az új anyagok új távlatokat nyitnak meg lelkes és magas elvárásokat támasztó ügyfeleinknek, amelyekkel tovább bővítik üzleti lehetőségeiket” – összegez Danai.

Az amerikai Phone Skope a fényképezésből ismert digiszkópolás meghatározó vállalata. Arról az utazók körében ismert technikai műveletről van szó, amikor egy kamerával optikai távcső szemlencséjén keresztül rögzítünk képeket – például vadon élő állatokat figyelhetünk meg így.

A fotopolimer anyagaival világhírűvé vált (arizonai Phoenix- és angliai Peterborouh-székhelyű) Photocentric fontos szerepet játszik az additív gyártásban, legfrissebb újításuk a személyre szabott digiszkópos adapterek (lényegében tokok). Ezek a precíziós szerkezetek azért különlegesek, mert szinte bármelyik okostelefonhoz jók, és lehetővé teszik, hogy képeket, videókat távcsövön keresztül lássunk. A mikrobiológiától az ornitológiáig és a csillagászatig komoly érdeklődés lehet a termék iránt.

A Photocentric a utahi Merit3D szolgáltatóval közösen dolgozik, adaptereiket saját Magna printereikkel, utófeldolgozó egységeikkel drága és időigényes öntés nélkül alakítják ki.

Nincs könnyű dolguk, mert az okostelefon-piac gyorsan változik, évente jönnek ki az új modellek, és egy adapternek az összessel kompatibilisnek kell lennie. Eddig minden új modellhez öntőformát kellett kialakítani, közben viszont semmi nem garantálta a modell sikerét.

A nagyon pontos és tartós Phone Skope – azaz telefon-távcső kombó, és persze az ezeket a termékeket gyártó amerikai vállalat neve is – esetében a 3D nyomtatás tűnik ideális megoldásnak, mert rugalmasabb, nagyobbak a variációs lehetőségek.

Az adapterekhez a Photocentric műgyantáját és Studio szoftverét használták, míg a Phone Skope terv egyszerű kétrészes, cserélgethető, a legtöbb okostelefon-optika kombinációval működő rendszer. Minimális változtatásokkal, új adapter tömegesen (egyszerre 52) nyomtatható. Az árak csökkennek, a munkafolyamat rövidebb, kiváló a minőség. Nem véletlen, hogy a Phone Skope nagyon elégedett a két partnerrel.

A 3D nyomtatásnak köszönhetően, a korábban egy-két hónapos tervezés két hét alatt megoldható, és a kétezres rendelési limit is a múlté.

A szelektív lézeres szinterezés (SLS) egyik specialistája, a krakkói Sinterit technológiájával több gyógyszeripari terméket optimalizáltak már. A meleg-olvasztásos extrudálás módszerrel kombinálva, SLS nyomtatásra alkalmas porokat készítettek, amelyekből gyógyszertabletták hozhatók létre.

Polimerek széles választékát használva, a Greenwich Egyetem Innováció és Folyamattervezés Kutatóközpontjában (CIPER) legutóbb tablettákat nyomtattak. Az iparág és európai uniós kutatási programok által támogatott központban gyógyszerek adagolási formáihoz és orvosi műszerekhez használnak 3D nyomtatótechnológiákat.

A CIPER gyógyszeranyagokat tartalmazó, extrudált és granulált porok printeléséhez keresett technológiát. Fontos szempont volt, hogy a technika ne függjön nyomtatószálak (filament) fejlesztésétől.

Így találták meg a lengyel céget.

A Sinterit a bonyolult geometriájú tabletták tervezésében és nyomtatásában is segített. Lehetővé tette, hogy gyógyszer-szintű polimerekkel dolgozzanak, és más megoldásokkal kivitelezhetetlen – gyógyszert tartalmazó – tablettákat készítsenek.

Az SLS eljárással korlátlan mennyiségű, hőtanilag stabil gyógyszeralapanyag dolgozható fel. Másik előnye, hogy az adagok pontosan nyomtathatók, az ugyanabban a szakaszban készülő szerek különböző erejűek lehetnek.

Ez pedig azt jelenti, hogy a páciens szükségletei szerinti adagolással, a 3DP ismét segít a személyre szabott medicina fejlődésében.

Az egyetem 2020-ban vásárolt Sinterit rendszert, tablettáikat egy hónapon belül tervezték és nyomtatták. A könnyen használható szoftver, a drága gyógyszereknél rendkívül fontos pormennyiség egyszerű ellenőrzése is a technológia előnyeihez tartoznak. Az utófeldolgozó eszközök szintén beváltak, mert a tablettákon semmilyen felesleges por nem maradt.

Mivel a munkafolyamat lépései csökkenthetők, a technológia kifejezetten költséghatékony, az egyetem Sinterit Lisa gépén ugyanabban a szakaszban több tabletta printelhető.

Fém nyomtatóporokról nagyon sok információ áll rendelkezésre, a polimeralapúakról viszont jóval kevesebbet tudunk. A gyártási minőséhez mindkét esetben kiváló anyagokra és feldolgozó eszközökre van szükség.

A termelésre kész polimerporok egyik ismert gyártója, a holland Hosokawa Micron Csoport új feldolgozó technológiát mutatott be.

A keverők, vákuumszárítók, darálók, légosztályozók speciálisan porfeldolgozásra fejlesztett, az anyag tisztítását, miniatűr részecskék eltávolítását, a minőség optimalizálását végző szerkezetek. A nyersanyagot ezek a gépek alakítják nyomtathatóvá.

A Hosokawa, miután felmérte a nagyon jó minőségű nyomtatóporok iránti növekvő igényt, és hogy nemcsak a részecskék méretét kell csökkenteni, hanem a konzisztenciájuk növelése is kötelező, ezekhez az elvárásokhoz alakítja gépeit, technológiáit.

A nyersanyagot megfelelő állapotba kell hozni, és úgy kristályosítják és/vagy polimerizálják, hogy nagyon pontos 3D nyomtatásra alkalmas legyen. Nemcsak teljesen gömbszerűnek kell lennie, de a formáját is meg kell tartania, és a megfelelő hőfokon kell megolvadnia. A cég kúpos, lapátos keverője/szárítója (CPM/CPD) ideális e feltételek megteremtéséhez.

A polimerporokat, például poliamidokat összekeverik, 100 és 300 Celsius-fok közé melegítik fel, hogy javítsák a részecskék fizikai és vegyi tulajdonságait, mint a sűrűség vagy a stabilitás. Megerősítésükkel válik lehetővé a kristályosítás.

A keverés és a szárítás komoly kihívásokkal jár, az alkalmazások és az anyagtulajdonságok függvényében, ha szükséges, a porok hővel is kezelhetők. Technikai paraméterei és alacsony energiafogyasztása miatt az újrahasznosításra is alkalmas Nanta vákuumszárító nagyon sűrű fémekhez is ideális megoldás.

A Hosokawa Alpine CW Contraplex nitrogénhűtésű csapos malom különösen ajánlott polimerporok gyártására. A cég ATP Turboplex légosztályozója 5-150 mikron tartományban is rugalmas és pontos különbségeket tud tenni. Emellett más (TSP, TTSP) légosztályozókat is kínálnak.

A 3D épületnyomtatásban egyre fontosabb szerepet játszó austini ICON bemutatta az amerikai hadsereg texasi divíziójával közösen kivitelezett legújabb munkáját, egy több mint 350 négyzetméter alapterületű barakkot, Észak-Amerika legnagyobb printelt szerkezetét.

A kapuit még az ősz folyamán megnyitó, a Logan Architecture által tervezett barakkban összesen 72 katona szállásolható el. A nyomtatáshoz az ICON Vulcan építőtechnológiáját használták, a szerkezeti munkákat a Fort Structure végezte.

A Vulcant korábban is alkalmazták a hadiiparban, harci járműveket álcázó, elrejtő szerkezeteket nyomtattak vele, haditengerészeket tanítottak be a rendszer kezelésére.

A barakkot nemcsak saját technológiával, de saját építőanyagból is alakították ki. A cég célja az építőipar fenntarthatóbbá tétele, és közben persze a hatékonyság növelése is. Ezek a barakkok sokkal tovább – mivel betonból készültek, évtizedekig – kitartanak, mint bármelyik ideiglenes. Biztonságos és kényelmes lakóalkalmatosságok a kiképzésen, gyakorlatozáson részt vevő bakáknak.

A technológia mobilitása szintén fontos a hadsereg számára. Létfontosságú, hogy a katonáknak otthon és külföldön is gyorsan és eredményesen felépítsenek házakat, barakkokat és más szerkezeteket. Eleve úgy számolnak, hogy a jövőben ideiglenes telepeket stb. 3D nyomtatással kiviteleznek.

Az ICON elégedett az együttműködéssel, úgy látják, hogy az építőiparban paradigmaváltás veszi kezdetét, és bizakodnak, hogy technológiájuk nemcsak az USA-ban, hanem az egész világon elterjed. Megvan rá az esélyük, mert a Vulcannal humanitárius és katasztrófa utáni tevékenységekhez is gyorsan és relatíve olcsón nyomtathatnak különféle szerkezeteket. Mivel ezeknek a feladatoknak a jelentős részét katonák végzik, valószínűsíthető a cég és az amerikai hadsereg hosszútávú együttműködése.