Térbeli nyomatás: hol áll ez a technológia?

A laikus közvéleményben szélsőségesen eltérő képzetek élnek a 3D-s nyomtatás. Sokan úgy gondolják, hogy ez valami csúcs szuper technológia, melyet csak szűk körben, speciális feladatokra lehet használni.

Mások pedig arról ábrándoznak, hogy hamarosan már megszűnnek a hagyományos tányérok, az emberek igényük szerint nyomtatnak étkészleteket, melyeket az étkezés befejeztével ledarálnak, és az így keletkezett porból nyomtatják majd a következőt. Mi ezzel szemben a valóság? Mire alkalmas a 3D-s nyomtatás ma, és mire a belátható közeljövőben? – ennek a kérdéskörnek szegődtünk nyomába. Aki a felmerülő kérdések megválaszolásában segítségünkre van: Falk György, a VARINEX Zrt. stratégiai igazgatója, a cég igazgatóságának elnöke.

A 3D nyomtatásról sok-sok információ, cikk, videó kerül fel az internetre ezért folyamatosan nagy az érdeklődés a technológia iránt. Sokan sokféle 3D nyomtatót fejlesztenek és gyártanak, aminek az a legfőbb oka, hogy az egyes 3D nyomtatási technológiák eredeti szabadalmai lejártak és így licenc díj fizetése nélkül lehet ilyen masinákat készíteni és forgalmazni. Ennek megfelelően sok vállalkozásnak beindult a fantáziája és sokféle megoldás jött létre. Közös vonás, hogy mindenki úgy gondolja, hogy az ő eljárása a legjobb. Olyan marketing-ihletettségű állításokat lehet olvasni különböző fórumokon, hogy a „drága 3D nyomtatók nem nagyon térülnek meg” sugallva a potenciális vevőknek, hogy inkább vegyenek olcsó 3D nyomtatókat. Másik ilyen megközelítés szerint „már nincsen szükség mérnöki tudásra” ahhoz, hogy otthon bárki tudjon 3D nyomtatóval készült tárgyakat gyártani. Ezek a gerjesztett tévhitek sok csalódást is okoznak azoknak, akik elfogadva ezeket az irányelveket megveszik az alapvetően otthoni célra tervezett berendezéseket és utána olyan tárgyakat akarnak kinyomtatni, amelyre ezek az egyszerű szerkezetek nem képesek. Emiatt az egész világon tapasztalható egy jelentős visszaesés az otthoni 3D nyomtatók iránt.

• Mi a helyzet az ipari felhasználással?

Az ipari 3D nyomtatók kereslete jelentősen megnőtt, mivel olyan iparágak mint például a repülőgépipar is elfogadja azokat az új eljárásokat, a hozzájuk tartozó professzionális és egyben kiváló mechanikai tulajdonságokkal jellemezhető alapanyagokat, amelyek felhasználásával jelentős költségeket tudnak megtakarítani. A megtakarítás abból fakad, hogy fröccsöntési technológia és az ahhoz szükséges fröccsöntő szerszámok jelentős költséggel járó gyártása helyett azonnal ki tudják nyomtatni a szükséges alkatrészeket. Egy példa az Airbus A350-es típusú repülőgépben már több mint ezer darab 3D nyomtatással készült alkatrészt használnak fel a nehezen hozzáférhető, geometriailag bonyolult helyeken a szükséges kábelmegfogó és vezető alkatrészek gyártásánál. Az itt alkalmazott ULTEM 9085 jelű hőre lágyuló műanyag öneloltó – azaz tűz esetén olyan gázt fejleszt, ami kizárja a levegő oxigénjét, mi több: ez a keletkező gáz nem mérgező! Ez nagyon fontos tendencia, mert ha a köztudottan igényes repülőgépiparban elfogadottá vált a 3D nyomtatás, akkor ez jótékony hatással van a többi iparágra is. Elsősorban a kisebb darabszámú alkatrészigényeket lehet költséghatékonyan kielégíteni a 3D nyomtatás alkalmazásával. Az autóiparban – és a kapcsolódó beszállító ipari vállalkozásoknál – a logisztikai feladatok megoldásánál jelent költséghatékony megoldást, az ipari 3D nyomtatás. Ellenőrző- befogó készülékek nyomtatása esetén egy-egy 3D nyomtató beruházása nem ritkán egy éven belül megtérül, amellett, hogy egy-egy ilyen készülék gyártásának ideje a korábbi megoldásokhoz képest töredékére csökken. A fémporos 3D nyomtatás is egyre szélesebb körben terjed, mivel a gyártási folyamat lerövidül, a felhasználásra kerülő alapanyagok mennyisége csökken és a rétegről-rétegre történő építkezés, gyártás valamint az ún. topológiai optimalizálás segítségével minimalizálni lehet egy-egy alkatrész, szerkezet tömegét. Ezt a megközelítést is először a repülőgépipar honosította meg. Ma már széles körben használják és élvezik költséghatékony előnyeit a fém alkatrészek 3D nyomtatása során az ipar legkülönbözőbb területein, továbbá az egyedi implantátumok gyártása is jelentősen növeli az egyes orvoslási beavatkozások sikerét.

A jövőben a 3D nyomtatás újabb és újabb területeket fog meghódítani azzal, hogy elmaradnak a szokásos szerszámkészítési fázisok illetve a forgácsolással történő alkatrészgyártás is megváltozik – forgácsolással a 3D nyomtatással készülő elő gyártmányok végső megmunkálását fogják végezni biztosítva a gyorsabb átfutási idők mellett a költségek jelentős csökkenését is.

• A hagyományos lapnyomatást mindenki ismeri. De hogyan működik a 3D-s nyomatás? Lapokat nyomtat egymásra vagy létezik már hagyományos fröccsöntéshez hasonlító megoldások?

A 3D nyomtatás bizonyos szempontból hasonlít a lapnyomatáshoz – hiszen minden fontos eljárásnál vékony rétegeket állítanak elő a 3D nyomtatók – viszont ezeket a rétegeket automatikusan egymásra is építik így minőségileg egy teljesen új nyomtatási eredmény keletkezik. A rétegek vastagságát az egyes technológiai eljárások határozzák meg és az ipari 3D nyomtatásnál a 15 mikronos rétegvastagság sem kizárt a finom felületminőség biztosítása érdekében – de a termelékeny nyomtatásnál ennél vastagabb rétegeket is tudunk alkalmazni. Mindig olyat, amelyet az adott alkatrész igényel. A fröccsöntés, mint műanyag feldolgozó technológia is elfoglalta a neki megfelelő helyet, hiszen az olvasztott huzallerakás anyagai szintén a hőre lágyuló technológiák alapanyagait használják – csak fröccsöntés helyett extrudálás a gyakorlati megoldás. A fröccsöntésnél jól bevált poliamid – szintén hőre lágyuló műanyag – az egyik legfontosabb 3D nyomtatási technológia az ún. Szelektív Lézer Színterezés eljárás alapanyaga, amely eljárásra igazán elmondható, hogy akár a nagyobb sorozatszámú alkatrészigényeket is meg tudja valósítani fröccsöntő szerszámok nélkül, úgy, hogy színterezett alkatrészek mechanikai tulajdonságai megegyeznek a fröccsöntő szerszámban készült alkatrészek jellemzőivel.

• Egy nemrégiben megtartott rendezvényük a “Digitális prototípus fórum” nevet viselte. De mi is értendő pontosan ez a név alatt?

A Digitális Prototípus Fórumot a VARINEX Zrt. vezette be a hazai, műszaki köztudatba. Ez a megközelítés két fő irányt takar: egyrészt számítógéppel, digitálisan állítjuk elő új termékeinket, azok alkatrészeit majd szintén számítógéppel, digitális módszerekkel tudjuk előállítani azok prototípusát, amelyeket megfelelő szimulációs eljárásokkal, számítógépes környezetben tudunk ellenőrizni a kívánt mechanikai és más igényeknek megfelelően. Röviden, nem keletkezik fizikai, kézzel fogható prototípus, csak annak számítógépes verziója a lehető legtöbb műszaki szempont megtartása mellett. Ezzel a módszerrel jelentős mértékben csökkenteni lehet a terméktervezés kezdeti stádiumában a fizikai prototípusok gyártásából származó költségeket, és mire oda kerül a sor, hogy szeretnénk a valóságban is kipróbálni új termékünket, egy jól kiforrt megoldást tudunk megvalósítani – kisebb példányszámban, amely szintén jelentős költségcsökkentést biztosít a teljes projektátfutási idő csökkenése mellett. Itt kell megemlíteni, hogy a Digitális Prototípus céljait kiválóan kiszolgálja az Autodesk teljesen új tervezési platformja – a FUSION 360 – amely a tervezésen keresztül a gyártási folyamtok kezelése mellett a termék teljes életútját végig követi úgy, hogy a felhasználók tapasztalatait is könnyen be lehet építeni a termékfejlesztés folyamatába. Természetesen egy ilyen fórumon bemutatjuk az ipari 3D nyomtatás legújabb eredményeit is annak érdekében, hogy vendégeink napra készek legyenek a különböző alkalmazások gyors bevezetésében.

• Van-e valamiféle adat, akár nemzetközi, akár hazai szintem, hogy mekkora üzlet a 3D-s nyomatás? Hogyan néz ki a piac, és kik ennek a legfontosabb szereplői?

A nemzetközi adatok összesítése azt mutatja, hogy napjainkban a 3D nyomtatás (benne az otthoni és az ipari nyomtatás együtt) körülbelül 4 milliárd dolláros bevételt biztosít a világban tevékenykedő gyártó- és szolgáltató (3D nyomtatással foglalkozó) vállaltoknak. Sokféle előrejelzés létezik – mindenki egyetért abban, hogy a 3D nyomtatás egy jelentős fejlődés előtt áll és azt jósolják, hogy 2020-ra ez az összeg 25-40 milliárd dollárra fog emelkedni. A legfontosabb szereplők egy része a tőzsdén is szerepel, ilyen pl. a STRATASYS, de a nem tőzsdén lévő magáncégek között is van olyan, amelyik meghatározó a maga technológiai területén és piacvezetőként irányítja a fejlődést. Ilyen cég a németországi EOS GmbH, amely az SLS technológiák kiváló szakértője és fejlesztője

• A 3D nyomtatásnak számos alkalmazási lehetősége van. Ezen belül a VARINEX Zrt. mire szakosodott? Mi a fontosabb erőssége a cégnek?

A VARINEX Zrt. közel 20 éve foglalkozik a 3D nyomtatás hazai bevezetésével, de facto mi kezdtük el ezt a technológiát elterjeszteni az ipari gyakorlatban és az oktatásban is. Mára három technológia kristályosodott ki, a STRATSYS FDM technológiája mellet a szintén STRATSYS Objet/Polijet eljárását használjuk, továbbá az EOS poliamid poros SLS megoldása is felhasználóink rendelkezésére áll. Mi egyik oldalon szolgáltatunk, azaz ha valaki elküldi 3D CAD adatait akkor arra mi adunk ajánlatot és egyre növekvő számú ügyfélkörünk 1-2 napon belül kézbe veheti tervezési eredményeit. Egy évben több mint 5000 különféle modell nyomtatunk és az sem ritka, hogy egy kisebb modellből napi 7000 darab alkatrész készül. Ilyenkor inkább már az Additive Manufacturing fogalmának megfelelően járunk el, és ügyfeleink nagyon szeretik alkalmazni a szerszám nélküli gyártás összes előnyét. Erősségünk az alumínium alkatrészek homokformába gravitációs öntéssel készülő prototípusainak gyártása, amelyhez szükséges öntőmintákat, magszekrényeket Objet/PolyJet eljárással készítünk. Fontos, hogy ügyfeleiknek forgalmazzuk is az említett technológiákat megtestesítő berendezéseket, amely 3D nyomtatóknak az üzembe helyezése mellett azok szerviztevékenységeit is elvégezzük. Mivel hazánkban meghatározó forgalmazói vagyunk az Autodesk 3D tervezői rendszereinek és ez párosul a 3D nyomtatásban betöltött jelentős szerepünkkel, ennek a két területnek a szinergiája cégünk legnagyobb erőssége – azaz a teljes terméktervezés folyamatát biztosítjuk a megfelelő 3D nyomtatási technológiákkal együtt. Ezen a területen keletkezett tudásunk egyedülálló nemcsak hazánkban, de a környező országokban is.

• Nemrégiben egy érdekes alkalmazásról olvastam, mely szerint hagyományos ultrahang adatai alapján képesek voltak rekonstruálni, és kinyomtatni egy még meg sem született baba valós szobrocskáját? Tételezzük fel, hogy valaki ezzel a kéréssel keresi fel Önöket. El tudnák-e ezt készíteni vagy tudnának tanácsot adni az illetőnek, hogy Magyarországon kihez forduljon, s nem utolsó sorban, mennyibe kerülne egy ilyen kívánság teljesítése?

Igen. Mi is hallottunk erről a lehetőségről, amelyet Japánban honosítottak meg. Többen megkerestek minket, hogy nyomtassunk ilyen kis szobrocskákat – de egyszer sem kaptunk olyan 3D adatállományt egy ilyen kis magzatról, hogy azt jó minőségben ki lehetett volna nyomtatni. Azzal együtt, hogy Japánban az Objet/PolyJet eljárást használják és ez a technológia napi használatban van nálunk – mégis inkább örültünk annak, hogy nem jött létre ilyen szobrocska-nyomtatás, mert úgy gondoljuk, hogy olyan erkölcsi, etikai kérdések merülnének fel, amelyekre nem találtunk megfelelő válaszokat. Röviden: mi a jövőben sem szeretnénk ilyen magzat-szobrokat nyomtatni – inkább nyomtatunk olyan anatómiai képleteket, amelyeket például orvosi beavatkozások megtervezéséhez, vagy az orvostanhallgatók tanításához lehet felhasználni.

• Nem csak Japánban van a meg sem született babákról 3D-s nyomtatás, hanem pl. Nagy Britanniában, egy Lancashire-i klinikán is. Tegyük félre most a kérdés erkölcsi, etikai részét: a kérdésem továbbra is az, hogy ilyen vagy ehhez hasonló összegért akár ti, akár Magyarországon bárki is el tudná készíteni a kis élethű szobrocskát a mindennapi gyakorlatban használatos ultrahang készülék kimeneti adata alapján. A kérdés – közvetve – arra irányul, hogy mennyire távol vagyunk eme technológia populáris célú használatától.

Igen, kb. hatvanezer forint körüli összegért itthon is elkészíthető a hivatkozott cikk képein látható babatorzó, és ez a technológia elérhető már hazánkban is.

• Az idézett cikkben szó van a 4D-szkennelésről is. Kérem, segítsen abban, hogy megértsük, mi is ez?

A 4D szkennelés kifejezéssel különböztetik meg azokat az ultrahangos készülékeket, amelyek képesek felület modellt kiadni magukból. Ezt amúgy DICOM formátumban teszik, amelyből a szükséges STL fájl viszonylag gyorsan és komolyabb nehézségek nélkül előállítható és így nyomtathatóvá válik az állomány, ami minden esetben torzó, mert az ultrahangos készülék érzékelője nem lát a baba mögé anyja hasában!

Ami pedig a konkrét alkalmazást illeti, szívesen segítünk, ha valaki ilyesmiket szeretne nyomtatni (adunk hozzá termelékeny 3D nyomtatót) – de mi továbbra is maradunk eredeti szakmánknál, és kerülni fogjuk a “cukiságok” nyomtatását.

• Végezetül hadd kérdezzem meg mi az eredeti végzettsége? Hogyan került annak idején kapcsolatba a 3D-s témával?

Az eredeti szakmám illetve végzettségem: okleveles gépészmérnök, méghozzá gépgyártás technológusi szakképzettséggel. Ez a végzettség nagy előny, mert számomra a 3D nyomtatás egy a sokféle gyártástechnológia között, viszont a gyártós tapasztalataim miatt tudom igazán miért fontos, mik az előnyei a rétegről-rétegre történő felépítő módszernek.

Voloncs Györggyel együtt csodálkoztunk rá még Hannoverben a CEBIT-en – 1995-ben – erre az eljárásra. Mivel már akkor mindketten elmélyülten foglalkoztunk CNC technológiával, ez a 3D nyomtatási módszer egyszerűségével azonnal megragadott minket.

Szabó Szilárd

• Kapcsolódó hozzászólások
• Könyvjelző
• Címkék