FREEDEE BLOG

A 3D nyomtatás évek óta pozitív hatással van az egész egészségügyre, ami a koronavírus-járvány alatt teljesen egyértelművé vált. Hagyományos eljárásokkal nehezen kivitelezhető vagy megvalósíthatatlan szerkezetekre kínál alternatívákat, egyedire kidolgozott termékekkel áll elő, és ezek a darabok ma már nagyobb mennyiségben is előállíthatók.

Sebészi beavatkozásnál, implantátumoknál, művégtagoknál gyakran használják a technológiát. Szövetekkel, szervekkel a 3DP egyik speciális ága, az egyelőre gyerekcipőben járó, de dinamikusan fejlődő 3D bionyomtatás foglalkozik.

A Kelet-angliai Egyetem kutatói a 3DP egyik eddig kevésbé vizsgált aspektusáról, gyógyszerek gyártásáról írtak tanulmányt, és jelentették meg az International Journal of Pharmaceutics nemzetközi gyógyszerészeti szakfolyóiratban. Ha a technológia ezen a területen is gyökeret ver, akkor az valóban forradalmasítja az egész medicinát, nagyon komoly hosszútávú következményekkel.

A kutatók elmagyarázzák, hogyan készíthetők gyógyszerek 3D nyomtatással. Mivel a pilulák erősen porózus szerkezetek, adagolásuk jól szabályozható, és így könnyebben kidolgozhatók betegspecifikus gyógyszerek – minden páciensnek a maga saját gyógyszere.

Jelenleg az „egy méret mindenkire” elv alapján gyártják a gyógyszereket. Ezzel szemben a személyre szabott medicina új technikákat használ, hogy az orvosság dózisa és összetétele is pontosan az adott személyre legyen „méretezve” – hangsúlyozzák a tanulmány szerzői.

Ha így történik, a beteg maximálisan élvezheti az új szer előnyeit, miközben a mellékhatások minimalizálódnak. Az új megközelítés az általában sokféle gyógyszerből naponta sokat beszedő idős, súlyos betegségben (rák stb.), mentális rendellenességben és gyulladástól szenvedő személyek kezelését könnyíti meg, és teszi remélhetőleg eredményesebbé.

A kutatók újonnan fejlesztett, meleg olvadékcseppeket lerakó nyomtatótechnológiával dolgoztak. Nyomtatószálakkal ellentétben, a granulátumok vagy gömböcskék mennek át a fúvókát piezoelektromossággal kontrolláló extrúderen. Így válik lehetővé a cseppenkénti nyomtatás. A nyomat valószínűleg megdolgozható valamilyen fénnyel, aztán megkeményedve rétegeket alkot.

A technika nagy előnye egyrészt, hogy a felület sima lesz, másrészt, több anyag nyomtatható egyszerre.

Az amerikai Allevi a bionyomtatás egyik élharcosa, újítója külön figyelmet szentel a kutatásfejlesztő közösségeknek. Vezető laboratóriumok használják a cég printereit, bioanyagait, intuitív tervezőszoftvereit, új szövetekre, chipre „telepített” szervekre, gyógyszerekre, anyagokra, a regeneratív gyógyászatra dolgoznak ki velük előremutató megoldásokat.

Desktop gépeik a leghatékonyabb és legkönnyebben kezelhető bioprinterek, biotintáik, azok kiegészítői, reagenseik stb. szintén széles választékban állnak az ügyfelek rendelkezésére.

A 3D nyomtatás történetében kulcsszereplő 3D Systems több mint három évtizede kínál működő technikákat az egészségügynek. Kétmilliónál több orvosi műszer, 140 ezer páciens-specifikus sebészi megoldás az eddigi mérleg, de most továbblépnek: bővítik a bionyomtatás klinikai alkalmazási lehetőségeit.

Szervek nyomtatásával és a Lung Biotechnology PBC leányvállalatukon, illetve a több szakmai partnerszervezeten keresztül az átültetésben eddig is érintettek voltak, de az Allevivel kötött együttműködési megállapodással nyilvánvalóan új fejezet kezdődik: együtt masszívabb lehetőségeket tudnak kínálni laboroknak, ipari szereplőknek, az egész világnak.

A 3D Systems hardverre, szoftverre és anyagtudományra egyaránt kiterjedő újításait a regeneratív medicinával foglalkozó legnagyobb amerikai terápia-szervezetek használják. Az Allevi bekapcsolódásával például a tüdőmodellezésben, átültethető szervekhez nélkülözhetetlen bioanyagok kidolgozásában, szervek gyártásában várható komoly előrelépés.

A 3D Systems egyik speciális technológiájával, a perfúziós orvosi eljárásokra kitalált nyomtatatással nagyobb méretű, állványszerű segédszerkezetek hozhatók létre, amelyek szövetek kidolgozásához használt élő sejtek gyártásához lehetnek hasznosak.

A nagyméretű, erekkel ellátott, aprólékosan kialakított hidrogél szerkezetek gyors nyomtatásával szövetek új alkalmazásai válnak lehetővé.        

Az additív gyártásról köztudott, hogy komplexebb formák, nagyon eredeti részletek, összességében a részletgazdaság eredményesebben megvalósítható vele, mint a hagyományos eljárásokkal. Ez pedig nagyobb tervező szabadságot, a fantázia szabadabb szárnyalását eredményezi.

A 2012-ben alapított, New York- és Detroit-illetőségű Slicelab is hasonlóban, művészet és 3D nyomtatás összekombinálásában utazik. A digitális gyártásra specializálódott, multidiszciplináris designstúdió a tervezés új lehetőségeivel kísérletezik. Építészeti, termék- és bútortervező szolgáltatásokat kínálnak, és mellette más cégeknek adnak gyártási tanácsokat.

Legutolsó projektjük a nyomtatott öntőforma segítségével készült „Finom tömörségű asztal”, egy 152,5x45,5x38 centis, 86 kilós betonasztal volt. Kivitelezését szimulációs és optimalizáló technológiák, 3DP és klasszikus módszerek együttes alkalmazása tette lehetővé.

A cég sajtóközleményben ismertette, hogy a 3D nyomtatást használva, új gyártó és öntőforma-készítő módszert akartak találni komplex betonalakzatokhoz. A betont az additív gyártáshoz hasonlítják: ugyanúgy kihozható belőle bármilyen forma, mint ahogy gyors prototípuskészítéssel is kivitelezhető szinte akármilyen geometria.

Komoly lehetőséget láttak a két médium, beton és 3DP fúziójában, az asztal pedig szemre is tetszetős, megvalósulását az additív technológiának köszönhető tömör bútordarab.

Mérete miatt 23 részre osztották az öntőforma digitális modelljét, mert különben bajos lett volna egyrészt optimalizálni, másrészt a segédszerkezetek számát limitálni.

A részeket annak rendje és módja szerint PLA-ből kinyomtatták, a forma harminc kilót nyomott. Ahogy összeállt, a hátoldalán feltöltötték fehér betonnal, lényegében beleöntötték a betont. Az eljárás előnye, hogy az így kialakuló felületek hibátlanok, tetszetősek. Végül a PLA öntőforma minden egyes darabját eltávolították, és kész is volt a betonasztal.

A Slicelab elégedett a végeredménnyel. Szerintük hagyományosan gyártott öntőformával képtelenség lett volna ilyen betonasztalt építeni.

A dán COBOD az épületnyomtatás élharcosai közé tartozik, szakértelmüket jelzi, hogy a cég a 3D nyomtatás fejlődésében, ipari szintű elterjedésében nagyon komoly szerepet játszó GE Additive egyik partnere.

A technológia annyira sikeres, hogy az április 22-én és 23-án, a Joe Biden elnök által vezetett virtuális Klímacsúcs résztvevőit is beavatták a betonnyomtatás rejtelmeibe, előnyeibe és természetesen a fenntarthatóságába is. A csúcson a világ széndioxid-kibocsátásának 80 százalékáért felelős és a globális GDP-hez is majdnem ugyanekkora mértékben hozzájáruló tizenhat állam képviselői voltak (online) jelen.

A rendezvényre a civil és az üzleti szféra több illusztris képviselőjét, köztük Danielle Merfeldet a GE Megújuló Energia igazgatóhelyettes-főmérnökét is meghívták.

Merfeld a nagyvállalat szénhasználattól való eltávolodásáról tartott előadást, és közben legújabb technológiáikról, befektetéseikről és kutatási projektjeikről is beszélt. Ismertette a COBOD megoldását szélturbinák 3D nyomtatásához, amelyhez nagyon jó minőségű és környezetkímélő betont használnak.

A dán vállalat 2019-ben mutatta be a földkerekség első printelt szélturbina-tornyát, majd folytatta a projektet, és azóta a világ különböző pontjain nyomtatott változatos épületeket.

Henrik Lund-Nielsen alapító-vezérigazgató többször elmondta már, hogy technológiájukat mindig alkalmasnak tartották ezekre a célokra, a GE-vel való együttműködés pedig külön örömet okoz az egész vállalatnak, óriási lehetőségeket látnak benne.

Míg az első tornyot három hétig, addig a másodikat már csak három napig nyomtatták, holott sokkal több anyagot használtak hozzá, azaz pár éven belül rengeteget fejlődött a technológiájuk. A gyorsaság azonban egy kicsit még őket is meglepte.

A 3D nyomtatás egyik főszereplője, a Stratasys és az utómunkálatokra hatékony automatizált platformot kínáló német DyeMansion együttműködésben állapodott meg, amelynek keretében az additív gyártás első „referencia-architektúráját” kínálják nagyobb volumenű termeléshez. Nyomtatott végfelhasználói termékek tömeges gyártása a cél, s mindehhez, a hagyományos technikákkal versengő folyamatos csúcsminőséget és kompetitív árakat kínálnak.

Az „architektúra” a Stratasys kifejezetten végfelhasználói termékek gyártásához kitalált porágy-alapú H350 printeréből, azaz az új H Sorozatgyártó Platformból és a DyeMansion Print-to-Product utófeldolgozó megoldásából áll. A Stratasys már tesztelte és kiértékelte a DyeMansion technológiáját, a tesztekhez a PA 11 polimeralapú anyagot használták. Elégedettek, és mindenkinek ajánlják az utófeldolgozó platformot.

A Print-to-Product munkamenete remekül kiegészíti a H350 printert. Tisztításra, felületek megmunkálására és színezésre kínálnak magasszintű ipari megoldást. A végfelhasználói igényeknek megfelelően két opciót, jól mutató, félig fényes, karcolásokkal szemben ellenálló homogén, illetve funkcionálisabb, teljesen zárt és mosható felületeket kínálnak.

Technológiájuk változatos területeken, például szemüvegek, autóbelső- és tartalék-alkatrészek, orvosi eszközök vagy ortopédiai termékek gyártásához használható.

Mindkét partner elégedett, a Stratasys szerint az új architektúra az eddigieknél jobban alkalmazkodik az ügyfelek igényeihez, és végre nagymennyiségben nyomtathatók minőségi darabok. Az együttműködéssel felgyorsul a porágyas technikák elterjedése.

A ma már szinte az összes 3DP (és más) gyártótól elvárt fenntarthatóságot szintén hangsúlyozzák. A tisztítás, a vegyszerek használata és a festés egyaránt környezetbarát módszerrel történik.

A „referencia-architektúra” mellett közös piaci stratégián, technológiáik folyamatos frissítésén is dolgoznak. Az architektúra telepítésére valamikor idén kerül sor, és mihelyst elkészülnek vele, az új gyártás a helyszínen megtekinthető, ahol workshopokat is szerveznek majd.

Hogyan helyettesítsünk egy százéves alkatrészt, pláne ha már senki nem gyártja? – merült fel a kérdés egy izgalmas projekt kivitelezőiben.

Sejthetjük a választ: természetesen 3D technológiákkal.

A visszafejtéssel (reverse engineering), azaz az ismeretlen hardver, szoftver annak elemeire szedéséből történő megértésével, újraalkotásával foglalkozó holland Visual First (VF) 1919-es Harley Davidson felújítása közben rájött, hogy egy mechanikai alkatrész, a gyújtás és a motor beindításához nélkülözhetetlen elosztófej állapota túl rossz, és semmit nem lehet kezdeni vele. Mivel több mint százéves darab, régóta nem gyártják.

Carl van de Rijzen, a VF alapítója ekkor döntött a 3D digitalizáció és az additív gyártás, azaz a fej szkennelése és printelése mellett. Az előbbihez Artec Space Spider szkennert használt. (Az Artec-termékeket a FreeDee forgalmazza Magyarországon.)

Hiányzó és tartalék alkatrészek előállításához ideálisak a 3D technológiák, mert 3D fájlból újraalkotható az eredeti darab. A fájlhoz általában szkennelésen keresztül vezet az út, azaz működik a visszafejtés. A gépjármű-szektorban, muzeális autók esetében különösen hasznos az eljárás. (Néhány kereskedőtől aranyáron ugyan beszerezhették volna a fejet, de még akkor sem lett volna garancia arra, hogy működni is fog.)

A Space Spiderrel remekül szkennelhetők kis tárgyak, vagy nagyobb darabok bonyolult részletei. Mivel a gépjárműszektorban népszerű, egyértelműen ráesett a választás.

A darab sötét színe miatt, és mert nem csillogott, a szkennelés gyorsan és könnyen ment. Nem sikerült teljesre, de az Artec Studio szoftver kidolgozta a hiányzó részt. Szimmetrikus módjával érte el ezt, mert visszatükrözött tárgyak részei is utánozhatók így.

A modellezés után megkeresték a Stratasyst, hogy az ideális nyomtatóanyagról döntsenek. Erőssége és rugalmassága miatt a poliamidot választották, majd kinyomtatták a fejet, az utómunkálatoknál fényeztek is rajta.

Végeredmény: az 1919-es Harley Davidson ismét működik, tulajdonosa nagyon örült az újjászületett járműnek.

A VF és a Stratasys egyetértenek: a visszafejtéses módszerben a gépjármű-ipar mellett más területeken is óriási potenciál rejlik. A projektről az összes érintett tanulságos és szórakoztató tevékenységként beszélt.

A betonalapú 3D nyomtatást gyakran használják eddigieknél összetettebb formák, szerkezek kivitelezéséhez. Használatuk másik fontos előnye a gyártási idő lerövidítése.

Több kivitelező elmondta, hogy a megoldás környezetbarátabb is, mint a klasszikus technikák. Csak annyi anyagot használnak el, amennyire szükség van, és így sokkal kevesebb a hulladék.

Mindez igaz és fontos előrelépés, viszont a bolygónkon változatlanul az egyik leggyakrabban felhasznált anyagnak számító beton önmagában nagyon szennyező, tonnánként 70 kiló széndioxidot „termel.”

A 3D nyomtatószektor pontosan ezért keresi a hagyományos beton valami sokkal fenntarthatóbb anyaggal történő helyettesítését. Egyre több az ezirányú próbálkozás, printeltek már rizstermesztésből fennmaradt hulladékokból, például szalmából és rizshéjból előállított építőanyagból álló házikókat is.

Az építkezési törmeléket újrahasznosító és a körkörös gazdaságot promótáló londoni Brunel Egyetem kutatóinak DigiMat projektje is hasonlóra törekszik. A beton környezetkárosító hatását csökkentve, építik a jövő alkalmasint egymásba kapcsolódó Lego-építőkockákra emlékeztető szerkezeteit.

A kezdeteknél tartanak, az első eredményekre hónapokig várhatunk még, a megoldás viszont mindenképpen „zöldebbnek” ígérkezik. Az építőkockák könnyebben összeilleszthetők, valahogy úgy működnek majd, mintha legóznánk. A fejlesztőknek az a bajuk, hogy a 3DP hiába fenntarthatóbb, mint minden más építési módszer, a hagyományos beton viszont nagyon nem az. Ezért kell újrahasznosítani a hulladékot, és a betont helyettesítő „másodlagos” nyersanyagot létrehozni belőle.

Most még azt sem lehet tudni, hogy milyen printer dolgozna az új matériával. Valószínűleg extrudálásra képes robotkar munkálná meg a száz százalékban újrahasznosított összetevőkből álló betonpótlékot, de ez sem biztos.

A bemutatóra a fejlesztők 500x500 milliméteres téglákból akarnak összehozni egy falat. Elképzelésük alapján tégláik nagyságrendekkel kevesebb széndioxid-lábnyomot hagynának maguk után, mint a klasszikus beton.

A polimeralapú nyomtatóanyagokat fejlesztő francia FABULOUS kifejezetten az élelmiszeripar igényeinek és követelményeinek megfelelve, hozta létre új porformájú termékét, a nevével sokat eláruló, az Európai Unió által a szektorban engedélyezett, sok poralapú additív gyártófolyamattal kompatibilis BLUECARE matériát.

A zöld fényt a műanyagok és más cikkek ezirányú alkalmazásaira vonatkozó 2011-es szabályozás értelmében kapta meg. Az Egyesült Államok Élelmiszer- és gyógyszerfelügyeletének engedélyezésére még várnak, de valószínűleg nem kell sokáig.

Az élelmiszerekkel és alkohollal, valamint a területen dolgozó gépekkel érintkező anyag tehát megfelel az elvárásoknak. A szintén francia tervező és 3DP vállalat, az IDPRINT 3D már használja is 30 centiméter széles élelmiszer-futószalagja fejlesztéséhez.

Szerintük az ideális anyag ezekhez a gépekhez, és így drága öntőformákra sincs szükségük. Azok egyébként sem lennének kifizetődők, mert nem terveznek annyi darabot, hogy megérje használni őket.

A fúvókák gyártásához élelmiszerügyi szempontból érthetően biztonságos anyagokat használó holland OCEANZ szintén dolgozik már a BLUECARE-rel. Mivel a fúvókák törvényszerűen hozzáérnek a cukrásztermékekhez, fontos, hogy az anyag semmiféle hatást ne váltson ki például a cukorból.

Elmondták, hogy a BLUECARE a szektorban jelenleg elérhető legtisztább nyersanyag. A vele történő 3D nyomtatás új lehetőségeket és távlatokat nyit meg.   

A kék műanyag használata elterjedt az élelmiszeriparban. A szín azért ideális, mert nagyon jól észrevehető, és a felületén bármilyen lehetséges fertőzőanyag is jól látszik.

Eleve úgy tervezték, hogy biztonságos és tiszta legyen. Az anyagból készült tárgyak könnyen tisztíthatók, fertőtleníthetők, gombákat, kajamaradékokat, vegyszereket stb. egyszerű eltávolítani róluk.

Mivel a politejsav újrahasznosítható nyersanyagokból, például kukoricakeményítőből készül, a PLA nyomtatószálról gyakran elhangzik, hogy a belőle készült termékek biológiailag lebomlanak.

A lebomlást viszont sokan összekeverik a komposztálhatósággal, ami nem feltétlenül igaz, mert csak ipari komposztáló telepeken törhető szét, azaz csak akkor, ha a feltételek adottak hozzá: 55-70 Celsius-fok, nedvesség, mikroorganizmusok jelenléte. Ezeknek a követelményeknek a házi komposztáló edények nem tesznek eleget, de még a maker-közösségek zömében sincsenek meg a feltételek. Ráadásul a PLA-t nem lehet tojással, banánhéjjal stb. együtt kidobni.

Matt Harkness, ausztrál művész kritizálja, hogy nincs elég ipari komposztáló, és a gyártókat is bírálja, mert szakszerű kidobás feltételeit nem ismertetik részletesen, és újrahasznosító pont sincs elég, miközben anyagaikat környezetbarát cuccokként hirdetik.

Pont ezekért az okokért, biológiailag újrahasznosító gépet fejlesztett, amellyel a PLA hulladékból háztartási kellékek és bútorok készíthetők. Harkness szemetest és kefét is csinált már így.

Projektjeivel a 3D nyomtatás környezeti hatásaira igyekszik sajátos módon felhívni a közfigyelmet. Az egyik, elég excentrikus ötlete, hogy a PLA az emberi testen, valamilyen tetoválások formájában legyen újrahasznosítva.

Gépe a hulladék-granulátumokat a bőr alá speciális eszközökkel bejuttatható PLA polimertintává alakítja. Mihelyst odakerül, elkezdődik a hidrolízis – a vegyi kötések vízmolekulák hozzáadásával történő felhasadása. A PLA mikroműanyag részecskéi lassan tejsavvá, széndioxiddá és vízzé alakulnak át.

Harminc hét után a test teljesen újrahasznosítja a PLA részecskéket, amelyeket lélegzés és vizelés közben adunk ki magunkból.

A gép hipotetikus módszer a PLA hulladék természetes komposztálására. MIkroműanyag-részecskék az emberek legalább felében egyébként is vannak – fűzi hozzá Harkness.

A Párizs-székhelyű (és a BASF által 2019-ben felvásárolt) Sculpteo közzétette a 3D nyomtatás állapotáról szóló hetedik, éves nemzetközi felmérését. A mostani a legaprólékosabb, a megkérdezett 1900 fő 86 országot képvisel.

Az egész szektorról átfogó képet adó anyagból kiderül, hogy a technológiát ma már széles körben elismerik, sőt, profitált is a hagyományos gyártási megoldásokban a Covid-19 alatt tapasztalt elakadásokból, hiányosságokból. Kiderült, hogy a 3DP igazi gyártótechnológia – ez az elemzésben olvasható legfontosabb állítás –, az ellátási lánc hézagainak pótlása mellett, például az egészségügyben használt, nagyon fontos, életmentő darabokat állítottak elő vele, ráadásul egyre több területen, egyre többen alkalmazzák – állítják a szerzők.

A további előrelépést a nagyobb befektetések, a bizalom növekedése és a még jobb anyagok jelenthetik. A tavalyi elemzésben a 3DP növekvő ipari hatásait és az egyre érettebb felhasználói bázist emelték ki, az ideiben pedig kimutatták, hogy az ipari javak az előállítás 20, a szolgáltatásirodai gyártás 16, a fogyasztói termékek 10 százalékát tették ki.  

A felhasználók 66 százaléka három évnél több szakmai gyakorlattal rendelkezik, több mint a negyedük naponta dolgozik a technológiával. A megkérdezettek nagy része vezérigazgató, kutató, k+f csoporttag volt, 60 százalékuk mérnöki háttérrel.

A 3DP ma már a legnehezebb alkalmazásokban is helyt áll, a jövő ígéretes, a technológiát használó cégek versenyelőnnyel rendelkeznek. Ugyan sokan még mindig a gyors prototípuskészítésben látják a legnagyobb előnyeit, 49 százalék azonban nagyobb sorozatgyártásban, 18 pedig egyenesen tömegtermelésben, felük végfelhasználói, 27 százalékuk fogyasztói javakban gondolkozik.

A járvánnyal kapcsolatban, a megkérdezettek 48 százaléka tevékenységük és üzleti lehetőségeik bővüléséről beszélt, 23 százalékuk tavaly 100 ezer dollárnál többet fektetett a technológiába.

A 3DP-t a gyors innováció egyik mozgatórugójának látják, kb. a kétharmaduk idén növelni akarja a befektetéseket, sokan új alkalmazásokat és új anyagok használatát tervezik.

Termékek személyre és egyedire szabását, a tömeges egyedire alakítást még nagyobb előnynek látják, mint tavaly; 69 százalékuk a hagyományos módszereknél komplexebb geometriákat is kiemelte, míg a gyors iteráció lehetősége is egyre fontosabb szempont. Konszenzus van arról is, hogy a szektorban csökkenteni kell a „belépési költségeket”, megbízhatóbbá kell tenni a technikákat, minél több új anyaggal kell dolgozni.

72 százalékuk az anyagok masszívságát, erejét, emelte ki, felük pedig csökkentené az árukat. A fenntarthatóság szintén évről évre fontosabb szempont.