FREEDEE BLOG

A BMW Csoport hosszú ideje alkalmazza a 3D nyomtatást, már akkor is éltek a technológia adta lehetőségekkel, amikor szinte csak gyors prototípuskészítésre használták azt. Jelenleg gyártanak is vele, a nyomtatóanyagok között polimerek és fémek mellett a homok is szerepel.

Öles léptekkel haladnak afelé, hogy a 3D nyomtatás valóban tömegtermeléssé váljon.

Végfelhasználói termékek mellett a gyártósoron szintén újítanak a technológiával: a gyártási folyamatokat gördülékenyebbé tevő, egyedire kialakítható megfogókat, robotmarkolókat printelnek. Két technikával, azok kombinációjával dolgozzák ki a robotkarokat: szelektív lézeres szinterezéssel (SLS) és olvasztott granulátum-gyártással (FGF).

A megfogókat például a BMW M3 szénnel megerősített polimeres (CFRP) tetejéhez állították munkába. A gépeket funkcióik szerint vagy SLS-szel, vagy FGF-fel hozták létre.

A gépek tömege nagyjából 120 kiló, mintegy húsz százalékkal könnyebbek, mintha hagyományos technikával készültek volna. A nyomtatással huszonkét óra alatt végeztek.

A tömegcsökkenés két szempontból nagyon fontos: egyrészt a rendszerre nehezedő terhelés alacsonyabb, és kevesebb karbantartásra van szükség, tehát hosszabb ideig működnek a megfogók, másrészt mivel FGF-folyamatokhoz újrahasznosított anyagokat használnak, mintegy hatvan százalékkal csökken a széndioxid-kibocsátás.

A BMW tavaly a korábbinál is könnyebb nyomatokkal kecsegtető új designt vezetett be, plusz a homok alapot alumíniummal öntötték, ugyanazzal a technológiával, amelyet járműveik alumínium hengerfejeinek gyártásához alkalmaznak. Az új megfogó huszonöt százalékkal könnyebb lett, mint az SLS/FGF technológiás. További előnye, hogy három robot helyett egy is elég a munkához. 

A megfogókat, tető mellett ajtókhoz is használják. A homoköntetes-alumínium szerkezetek tömege 110 kiló. Még kevesebb áramot fogyasztanak, még környezetbarátabbak. 

A dubai LEAP71 különleges – és már szabadalmaztatott – szoftvert fejlesztett mérnöki munkákhoz. A folyamatosan bővülő Noyron kódolja a cég indulása óta összegyűjtött mérnöki tudást, az általános tervezéshez logikát, fizikát és gyártási tapasztalatokat egyetlen koherens számítási modellbe integrál.

A cég komplex geometriák kidolgozásakor a szoftver nyílt forrású kernelére (PicoGK) támaszkodik. Több speciális számítási modellnek ez az alapja (NoyronRP rakétamotorokhoz, NoyronEA elektromágneses működtetéshez és mozgáshoz, NoyronHX hőcserélők tervezéséhez).

Mérnökökhöz hasonlóan, a szoftver célja, hogy a szakértői tudáson alapulva, az óhajtott funkcionalitásnak megfelelő objektumokat hozzon létre. A bemeneti paraméterekből valószínűleg megfelelően működő tervet készít mechanikai mozgásokkal, hőtani „viselkedéssel” és más jó teljesítményparaméterekkel. A modell egyik legfontosabb outputja az általa generált tárgy geometriája.

Geometria mellett folyamatparamétereket és (például az utófeldolgozásra és a geometriára vonatkozó) fájlokat generál. Ezek szimulálhatók, tesztelhetők. A megfigyelt viselkedés visszacsatolódik a rendszerbe, folyamatosan javítva azt, majd újabb iterációk következnek mindaddig, amíg a modell el nem éri a kívánt szintet.

Fejlesztői elmondták, hogy a Noyron „work in progress”, mindig folyamatban lévő munka. Ügyfeleik számára a szoftveren alapuló egyedi számítási modelleket építettek olyan területeken, mint például űrjárművek meghajtása, amely egyrészt a Noyron mérnöki alapismereteiben gyökerezik, másrészt nagyon speciális szabályokat is alkalmaznak rá.

Szintén elmondták, hogy a tárgyaik komplex formáját adó összetett alakzatokat a PicoGK geometrikus kernellel készítik, de ugyanakkor a Noyron, érvényesítve a logika és a fizika által szintén meghatározott mérnöki megközelítést, túl is lép a geometrián.

Mesterséges intelligenciáról és automatizációról nem beszéltek, viszont egyértelmű, hogy egy ilyen szoftver mindkét területtel átfedésben van (mint ahogy azok is egymással), valamint az is, hogy az additív gyártás jövőjében fontos szerepet játszanak majd a Noyron-féle megoldások.

A fejlett műholdas termékeket és rádiófrekvenciás rendszereket beszállító svájci SWISSto12 három teljesen integrált rádiófrekvenciás antennatáp-láncot készített a Northrop Grumman GEOStar-3 kereskedelmi műholdprogramjához.

A tápláncok átfogó monolit szerelvények jelközösítőkkel (diplexer), szűrőkkel, polarizátorokkal, kürtnyílásokkal, mechanikus interfészekkel. A SWISSto12 szabadalmaztatott rádiófrekvenciás additív gyártás (Radio Frequency Additive Manufacturing, RFAM) eljárással, egyetlen egységként állította elő ezeket.

Az innovatív megközelítéssel lehetővé vált a méretet és a tömeget csökkentő pontos tervoptimalizálás, ugyanakkor a termék a GEOStar-3 program szigorú rádiófrekvenciás teljesítmény- és minősítési kritériumainak is megfelel.

A misszió-specifikációknak való megfelelést biztosítandó, a láncokat a GEOStar-3 terhelésébe való integrálásra tervezték. A műhold útra bocsátása valamikor idén várható.

A 2011-ben alapított SWISSto12 jó ideje használ 3D nyomtatást rádiófrekvenciás alkalmazásokhoz. Míg a hagyományos rádiófrekvenciás termékek tervezése a teljesítménnyel, tömeggel, mérettel és árral kapcsolatos gyártási korlátok miatt nehézségekbe ütközik, addig az additív gyártásban jóval több a lehetőség ezek innovatív kezelésére.

Az űripar fel is figyelt a svájci vállalatra.

Az ok egyértelmű: RFAM technológiájukkal bonyolult és hagyományosnak nem nevezhető, korábban kivitelezhetetlen tervek valósíthatók meg. Gördülékenyebb a gyártás, jobb a nyomatok felületének a minősége, összességében pedig javul a rádiófrekvenciás teljesítmény.

A cég ráérzett a trendre, és jókor kapcsolódott be a műhold-szektorba, ahol egy ideje egyre jobban terjed az antennák (részeinek) 3D nyomtatása. Egyedibbre alakíthatók ki, könnyebbek, geometriájuk komplexebb a technológiával. Gyorsabb a prototípuskészítés, anyagválasztással ás az integrált tervezéssel könnyebb optimalizálni az antennát.

A Nottingham Egyetem Additív Gyártás Központjában új technikával, többanyagos tintasugaras (MM-IJ3DP) nyomtatással komoly áttörést értek el a személyre szabható gyógyításban. A kutatók a területet forradalmasító, egyedi gyógyszerigényeinket kielégítő rendszert dolgoztak ki. A rendszerrel szignifikánsan javítható gyógyszerek kezelése, adagolása.

Az újítás a gyógyszerészeti alkalmazásokra kitalált oldódó új polimertintán, a poly-ACMO-n alapul. A fényérzékeny molekulákból álló egyedi anyag ultraibolya fényre megszilárdulva, vízben oldódó vázat alkot a tablettában. A kutatók a 3D nyomtatás sikeres alkalmazásával kiaknázták az anyag speciális tulajdonságait, megnyitva az utat a kezelés személyre szabásának eddig nem látott szintje felé.

Orvosok hatékonyabban tudják így kielégíteni minden egyes páciensük speciális szükségleteit. A gyógyszerellátást, gyógyszerek adagolását eredményesebben és kontrolláltabb keretek között képesek adminisztrálni, megvalósítani.

A tabletta egyedi belső szerkezete nemcsak a gyógyszer-kibocsátás tempóját, ütemezését szabályozza a pontosabb időzítés érdekében, de lehetővé teszi több gyógyszer ugyanazon tablettában történő nyomtatását is. Komplex gyógyszeres kezelések egyetlen adagra egyszerűsíthetők, ami valóban óriási eredmény.

A technológia különösen komplikált gyógyszerellátásban részesülő személyek esetében előnyös. Többféle gyógyszer pontos beszedése, az ütem tartása félreértésekre ad okot, nehéz és fárasztó, mert az egyik gyógyszert például három-, a másikat ötóránként kell bevenni, és így tovább, amit könnyű elfelejteni, összekeverni. Ha viszont egybekombináljuk őket, a technológiával megoldható, hogy minden egyes komponens a megfelelő időben kerüljön a szervezetbe.

Az újítás egyrészt jól szemlélteti, hogyan forradalmasítja a 3D nyomtatás a gyógyszerellátást, másrészt az „újgenerációs” személyre szabott medicina fejlődését is felgyorsítja, bővíti a lehetőségeit.

Lehetőségek mellett azonban sok a kihívás is.       

A 3D nyomtatás egyik leginnovatívabb cége, a belga Materialise három új nyomtatóanyagot mutatott be.

A szektorban meghatározó szerepet betöltő több vállalat rukkolt elő 2024-ben új anyagokkal. A HP áprilisban mutatta be az Arkemával közösen fejlesztett 3D HR PA 12 S-t, amellyel szebb a nyomatok felülete, és gazdaságosabbá teszi a HP Jet Fusion 5200 Series printerek használatát, valamint áramvonalasítja a Jet Fusion 5600 Series gyártófolyamatait.

A műanyagokkal foglalkozó Roffelsen 3D részlegével bekapcsolódott az additív gyártásba, és 2024 első hónapjaiban több anyaggal állt elő: PLA, PET, PET-G, PA6CF15. A kínálatot tovább bővítik, újabb PLA, ABS és ASA anyagok várhatók.

A Materialise újdonságai a Polyamide 12S (PA 12S), a Polyamide 11 (PA 11) és a szénszállal megerősített poliamid (PA-CF). Az első kettő Multi Jet Fusion, a harmadik FDM technológiához készült. Mind a prototípuskészítésben, mind a gyártásban a 3DP lehetőségeit kívánják bővíteni velük.

Most már közel negyven anyagukkal ügyfeleik széles palettáról válogathatnak, a választékból speciális projektek szükségletei is kielégíthetők. A három új heteken belül kereskedelmi forgalomba kerülhet.

Fejlesztéseikkel az ügyfelek változó igényeinek igyekszenek eleget tenni, hogy kihasználják az ipari 3D nyomtatásban rejlő teljes potenciált. Folyamatosan figyelik és kiértékelik az új anyagokat, új technikákat.

A HP Multi Jet Fusion technológiájához használt PA 11 elsősorban az egészségügyi szektort, azon belül változatos alkalmazásokat céloz meg. Az anyag biokompatibilis, tartós és rugalmas.

A PA 12S-szel (szintén HP Multi Jet Fusion technikával) szinte hibátlanok a nyomatfelületek, minimális utófeldolgozásra van csak szükség. Különböző szektorokban, például fogyasztói termékekhez alkalmazhatják.

A PA-CF nagyon könnyű és nagyon tartós, utóbbit a szénszálak biztosítják. Az anyag főként az ipari gépgyártásban, a légjármű- és a járműiparban, eszközkészítésre, prototípuskészítésre és végtermék-gyártásra használható.

A Kelet-Anglia Egyetem kutatói fejlett szemészeti technológiát dolgoztak ki; új gyantával nyomtatnak intraokuláris eszközöket. Az újítással javítható, felgyorsítható a szürkehályog- és más műtéteknél használt implantátumok gyártása.

Mesterséges intraokuláris lencsére elsősorban szürkehályogban szenvedőknek van szükségük. Esetükben a szem természetes lencséje elhomályosodik, és így a látás is homályosul. De ezek a lencsék a rövidlátás, a távollátás és a presbyopia (amikor a szem közelről nem lát tisztán dolgokat) ellen szintén hatékonyak.

Az angol felsőoktatási intézményben fejlesztett gyanta az első, amellyel közvetlenül nyomtathatók szemészeti eszközök. A kutatás ugyan még csak a kezdeti fázisnál tart, de már egyértelmű, hogy a lencsék nyomtatása jelentősen javíthatja a szemgyógyászatot. A személyre szabás korábban elképzelhetetlen szintje valósítható meg vele – állítják a kutatók.

Ilyen lencséket változatos anyagokból, köztük üvegből és szilikonból készítenek, az utóbbi időben viszont az akrilos anyagok a népszerűek, azokat használják leggyakrabban. Nagyon jó optikai tulajdonságokkal rendelkeznek, rugalmasak, a testtel biokompatibilisak, stabilak és biztonságosak a szemben.

A mai gyártási technológiák kiváló minőségű eszközök előállítását garantálják, viszont megvannak a korlátaik is: túl bonyolult a tervezés, problémás a személyre szabás.

Itt jön képbe a 3D nyomtatás. A technológiával komplexebb formák valósíthatók meg, könnyebb a tervezés, a személyre szabhatóságról, a költségek csökkenéséről és a gyorsaságról nem is beszélve. A 3DP lehetővé teszi jobb optikai teljesítményű anyagok fejlesztését is. Ha jobb az anyag, a lencse is jobb lesz, viselője pedig jobban lát.

A kutatók ezt fejtik megvalósíthatósági tanulmány-sorozatban, jelenleg az első anyagnál tartanak.

A Birmingham Egyetem kutatói bioanyagokból állítottak elő újfajta és újrahasznosítható műgyantát 3D nyomtatáshoz, nagyfelbontású szerkezetek printeléséhez. Életciklusuk végén a nyomatok reciklálhatók, tehát nem vesznek kárba, nem szennyezik a környezetet.

Fotopolimeres műgyantát gyakran használnak 3D nyomtatásra. Növelik a felbontást, felgyorsult a gyártás tempója, de maga az anyag, a műgyanták nem sokat változtak 1980-as évekbeli feltűnésük óta.

A fejlesztők szerint megközelítésük komoly előrelépés az eddigi műgyanták alapját adó, újra nem hasznosítható petrolkémiai anyagokhoz (epoxik, akrilok) képest. A szabadalmi oltalomra beterjesztett új matérián akad bőven finomítanivaló, de már mostani állapotában is komoly lehetőségekkel kecsegtet.

Ugyan vannak már biomasszából előállított, fenntarthatóbb műgyanták, újrahasznosíthatóságuk korlátozott, mert a gyanta megkötésekor visszafordíthatatlan kötések maradnak. Ha el akarjuk törni, a folyamat minden egyes szakaszában plusz vegyi anyagokat kell hozzáadni, ami drasztikusan megnehezíti a reciklálást. Az új anyag viszont könnyen részekre törhető, újrahasznosítható, újranyomtatható, és csak minimális segédanyagot kell hozzáadni.

A természetben előforduló, általában étrend-kiegészítőként árult zsírsavmolekulából készült liponsav az alap. Két monomer-kombinációt állítottak elő belőle, azokból lett a vagy monomerekké vagy az eredeti molekulává „visszaváltoztatható” műgyanta. Elvileg más újrahasznosítási módok is léteznek.

Az első felhasználások a gyors prototípuskészítésben várhatók. Rugalmasabb a többi műgyantánál, így a jövőbeli alkalmazások olyan területeken várhatók, mint gépjármű-alkatrészek, orvosi és fogászati komponensek gyártása, esetleg ékszerkészítés.

A légjármű-iparban többen feszegetik az innováció határait. A NASA a forradalmi jelentőségűnek tartott GRX-810 szuperötvözet licencelésével azonban nemcsak a szektor jövőjét egyengeti, hanem az egész amerikai gazdaságot élénkíti. Kivételes tulajdonságainak és nyomtathatóságának köszönhetően, az új anyaggal jelentősen javítható repülőgépek és űrhajók kritikus alkatrészeinek minősége.

Az űrügynökség május első hetében adott négy amerikai vállalatnak exkluzív licencjogokat: Carpenter Technology, Elementum 3D, valamint a fejlett anyagokkal foglalkozó Linde Advanced Material Technology, és a porötvözetekre specializálódott Powder Alloy Corporation.

A partnerségek a befektetések állami megtérülésének maximalizálását szolgálják, elősegítik az ötvözet gyors ipari integrációját. A haszon közvetlen, a NASA szabadalmai partnereknek történő licencelésével komoly szerepet játszik a technológiatranszferben – hangsúlyozza az űrügynökség. Nem ez az első ilyen eset, legalább kétezer újításukat hasznosították már hasonlóképpen.

A hagyományos ötvözetekkel ellentétben, a GRX-810 már az aprólékos kialakításával kitűnik. Azért tervezték így, hogy kibírja a levegő és az űr extrém viszonyait. Nagyon tartós és erős, tűri az 1000 Celsius-fok feletti hőmérsékletet is. Tökéletesen alkalmas kritikus, magas igénybevételű alkatrészekhez, mint a folyékony rakétamotorok adagolói, égőkamrák, turbinák.

A fejlett számítógépes modellezés és a nagyon pontos lézeres 3D nyomtatás kombinációjával, a NASA tudósai a mikroszerkezetbe integrált, oxigénnel dúsított atomokkal érték el az anyag különleges erősségét.

A hagyományos nikkelalapú ötvözetekkel összehasonlítva, a GRX-810 több fontos paraméterben jobb. Masszívabban ellenáll az extrém hőmérsékletnek, nyomásnak, oxidációnak, 2500-szorosára növeli repülőgép-alkatrészek életciklusát.

Széleskörű használatával csökkennek az iparág kiadásai, nő a hatékonyság, fenntarthatóbbá válik a légi közlekedés.

A Guwahati Indiai Technológiai Intézet (IIT Guwahati) és a szavazók tájékoztatásával, választási részvételével foglalkozó szervezet, a SVEEP újrahasznosítható anyagból, kukoricaszirupból kinyert PLA-ből (politejsavból) nyomtatott szavazólapot a 2024-es országos választásokra.

Az FDM nyomtatótechnológiával készült, mobiltelefon-méretű lapok rendeltetése, hogy megkönnyítsék a szavazást. Az elméleti alapokat egy nap alatt dolgozták ki, egy-egy nyomat kivitelezése három-négy óráig tartott. A lapokon a jelöltek neve, pártjaik logója szerepel. Ha megnyomjuk valamelyiket, enyhe sípolásszerű hangot ad ki.

Az egész munka két napig tartott. A projekt a választási felvilágosítás mellett a 3D nyomtatás nemzeti szintű népszerűsítését is célozza. Az illetékes állami szervezetek az országot mielőbb nagyon fontos gyártó csomóponttá akarják átalakítani.

A nyomatok nehezen megközelíthető, elzárt területeken lehetnek különösen fontosak. Az ott élők gyanakvóbbak az elektronikus választási gépekkel szemben, az új szavazólapokkal viszont jócskán csökkenhet a gyanakvásuk, jobban megbíznak a technológiában.

A kezdeményezés növelheti a lelkesedést, és ez az első szavazókra hatványozottan érvényes lehet – hangsúlyozzák a fejlesztők.

Az IIT Guwahati nem most foglalkozik először 3D nyomtatással. A G20 Csúcs kezdeményezéseihez fenntartható betonból nyomtattak biztonsági posztot. A poszt ötvenhat modulból áll, és a munkaidőt jelentősen csökkentő technológia más építkezéseknél is használható.

2022-ben helyi ipari hulladékot újrahasznosítva, nagyméretű szerkezeteket, például közterületi bútoralkalmatosságokat nyomtattak. A tervek optimalizálásával, hetvenöt százalékkal csökkentették a betonfelhasználást.

Szélturbinák lapátjait hagyományosan specializált üzemekben gyártják. Nagy öntőformákat használnak hozzájuk, és onnan szállítják a kész darabokat a kamionokkal a telepítés gyakran távoli helyszínére. Az egészhez alapos tervezés kell, komoly logisztikai kihívásokkal. Mivel a szállítás üzemanyag-igényes, és az alapanyag nem hasznosítható újra, szignifikáns a környezeti lábnyom.

A Virginia Tech kutatói változtatni szeretnének, és az USA Energetikai Minisztériuma ötvenmillió dolláros támogatásával additív gyártótechnikákat használnának. velük forradalmasítanák a szélturbina-gyártást, egyben fenntartható megoldást is kínálnak, és a logisztika szintén könnyebben menne.

A támogatás a széltechnológiák gyártását javító hetvenkétmilliós kezdeményezés része. A lapátokat új és újrahasznosítható termoplasztikus anyagból, a felsőoktatási intézményben fejlesztett, a szükséges paraméterekkel rendelkező polimerkompotitból készítik.

A logisztikát helyszíni gyártással oldanák meg, a lapátokat ott nyomtatják, ahol munkába állnak. A robotikailag vezérelt nyomtatófolyamattal nagyméretű tárgyak, például magánál a 3D printernél is nagyobb turbinalapátok gyárthatók.

Az innovatív megközelítést alkalmazva, drasztikusan csökken a hulladék, nincs szükség kockázatos anyagokra. Az újrahasznosíthatóság következtében, a turbinalapátok életciklusának végén vagy meghibásodáskor, nyugodtan eltörhetnek, mert mindegyiket reciklálják, majd újranyomtatják. Nemcsak az anyag fenntarthatóságát növelik, hanem a gyártáshoz szükséges energiafogyasztást és erőforrás-igényt is csökkentik ezzel.

Az interdiszciplináris munkában a Nemzeti Újrahasznosítható Energia Labor (NREL) és a TPI Composites ipari partner is részt vesz. Utóbbi biztosítja a tesztlehetőségeket, garantálva, hogy a projekt eredményei méretezhetők és iparilag relevánsak legyenek. A Virginia Tech szerint projektjük az új technológiák és az anyagtudomány konvergenciája.

Az egyedi tervoptimalizáló technikákat robotikus nyomtatással és újfajta anyag-felhasználással kombinálva, valóban környezetbarátabbá, olcsóbbá változtatható a szélturbina-lapátok gyártása.