Korlátok nélküli tervezés és alkotás – hódít a 3D nyomtatás!

Drámaian csökkentik a tervezés és a megvalósítás közötti időt a háromdimenziós nyomtatók. A technológia rövidesen elérhetővé válhat a széles közönség számára is.

„A 21. század forradalmian új technológiájaként tartják számon a 3D nyomtatást, amellyel már tesztelésre és működésre alkalmas ipari prototípusok készíthetők. A mindössze néhány éves múltra visszatekintő, ám robbanásszerűen fejlődő eljárás jelentősen csökkentheti az ipari terméktervezési költségeket, és növelheti a gyártási hatékonyságot” – magyarázta Varga András, a BME Gépészmérnöki Kar Gép- és Terméktervezés Tanszék egyetemi tanársegédje, akit a zsűri tagjainak sorába kértek fel a legnagyobb hazai 3D nyomtatással foglalkozó szakmai konferencián meghirdetett alkotói pályázatban.

3D nyomtatással, térbeli digitális modellek segítségével valós, kézzel fogható háromdimenziós tárgyak hozhatók létre. Az első így nyomtatott eszközöket és 3D nyomtató gépeket az 1980-as években készítették, még rendkívül költséges eljárással. Az első prototípusok korlátozott felhasználási lehetőségei után 1995-ben áttörést ért el a Massachusetts Institute of Technology (MIT) két doktorandusz hallgatója, James Bredt és Tim Anderson, akik egy tintasugaras nyomtatót alakítottak át úgy, hogy az nem tintát fecskendezett a papírra, hanem egy speciális ragasztó egymásra épített rétegeiből hoztak létre egy térbeli tárgyat. Az eljárást később szabadalmaztatták.
A technológia lényege, hogy a háromdimenziós számítógépes tervezéssel, vagy az élő tárgyról háromdimenziós szkenner segítségével létrehozott fileformátum betáplálható a nyomtatóba, amely először értelmezi az adatokat, majd sorban egymásra illeszkedő rétegeket képez a szükséges alapanyagból (por, műanyag por, műanyag huzal, fém, folyadék stb.). A nyomtatott modell fokozatosan épül fel a sík lemezekből, amelyek megegyeznek a virtuális terv metszeteivel, így bizonyos méretbeli korlátok között tetszőleges térbeli tárgyak, szerkezetek hozhatók létre.

„Egy mérnök vagy egy művész gyakorlatilag korlátok nélkül alkothat a 3D nyomtatás segítségével. Nem jelentenek akadályt a bonyolult alakzatok, vagy a kézi megmunkálással nehezen hozzáférhető részletek sem” – osztotta meg Varga András, kiemelve, hogy 3D nyomtatással olyan tárgyak is elkészíthetők, amelyeket a hagyományos gyártási módszerekkel (például fröccsöntés) nem lehetne kivitelezni. „’Szétszedhetetlen’, ún. bennszülött alkatrészekkel rendelkező tárgyak megalkotására alkalmas ez a technológia. A művész vagy mérnök tetszőleges geometriai formát jelentősebb utómunka nélkül hozhat létre, sőt, az eljárással jelentős ipari és formatervezési költségek takaríthatók meg” – hangsúlyozta a műegyetemi oktató.

„A nagyobb teljesítményű 3D nyomdagépek nemcsak a prototípusok formai megjelenítésére alkalmasak. Létrehozhatók ma már olyan „deszkamodellek”, azaz kísérleti berendezések, amelyek az új eszköz működési elvét tudják demonstrálni. Ebben a fejlesztési szakaszban az ergonómiai és a használhatósági szempontokon túl a funkcionális tesztekkel bizonyítható működőképesség is vizsgálható”– ecsetelte a BME terméktervezéssel foglalkozó szakértője, aki szerint a 3D nyomtatás egyik legnagyobb előnye, hogy a műszaki elgondolások gyorsan megjeleníthetők. „A tesztelés eredményeinek függvényében még a szériagyártás megkezdése előtt felfedezhetők az esetleges tervezési hibák, és már a fejlesztés korai fázisában, jelentős költség- és időmegtakarítással küszöbölhetők ki az eltérések, így javul a termék minősége.”

Varga András szerint egyre szélesebb körben alkalmazzák a 3D nyomtatást. „Naponta jelennek meg új felhasználási területek. Egyik oldalról a létrehozott formák spektruma szélesedik, másik oldalról a felhasználható alapanyagok száma nő” – ismertette a GPK oktatója. Úgy véli, hogy az ipari kísérletekben létrehozott prototípusoknál, és az akár azonnal beépíthető mintaalkatrészeknél az egyedi, szériagyártás nélküli 3D nyomtatás egyre fontosabb szerephez jut. Hozzátette, hogy számos iparterület alkalmazza a tervezési folyamataiban ezt a technológiát, ám a legnagyobb jelentősége a repülőgép- és autóiparban, az építészeti makettek készítésénél, valamint az egészségügyi fejlesztésben van. „Elsősorban műanyagokat használnak fel alapanyagként, ám egyre népszerűbbek a fémből, főként a titánból készült modellek, és a szervezetbe építhető biokompatibilis anyagok, amelyeket például koponya- vagy légcsőpótlásra is felhasználnak” – ecsetelte a téma egészségügyi jelentőségét Varga András. Úgy véli, hogy az ilyen fejlesztések elterjedésének egyelőre a magas költségek szabnak gátat. Nagy előrelépési lehetőséget lát a nyomtatáshoz felhasznált alapanyagok bővülésében: „ma már ételek díszítéséhez is használnak ilyen eszközt”. Úgy látja, hogy a piaci szereplők közül még csak kevesen rendelkeznek saját 3D nyomtatógéppel, a cégek szívesebben adnak inkább időszakos megbízatást olyan vállalkozásoknak, amelyek prototípusok elkészítésére szakosodtak e technológiával.

Varga András a zsűri tagjaként vett részt azon az alkotói pályázaton, amelyet a „Budapest 3D Printing Days 2015” elnevezésű, Magyarország legnagyobb 3D nyomtatással foglalkozó konferenciáján hirdettek meg. Az idén második alkalommal kiírt felhívásra 97, azaz a tavalyihoz képest háromszor annyi pályaművet küldtek be a hazai mérnökök és művészek. A versenyre olyan 3D nyomtatási technológiára épülő műalkotással lehetett pályázni, amelyek ipari, vagy akár otthoni 3D nyomtatóval is elkészíthetők. „Nagyon színes palettán mozogtak a pályaművek: az ékszertől kezdve, az orvosi maróeszközön, egyéni és házilag elkészíthető cipőtalpon, madár műlábon, ritmushangszeren és processzorhűtőn át egészen a világítástechnikai eszközig születtek javaslatok. Szinte lehetetlen volt összehasonlítani ezt az alkotói kavalkádot, éppen ezért a döntéskor azt mérlegeltük, hogy a 3D nyomtatás mennyire jelenik meg az eszköz megvalósítása során. Voltak jó elgondolások, mérnöki bravúrok, ám voltak olyan pályaművek is, amelyek nem kapcsolódtak szorosan a 3D nyomtatáshoz. Számos eszközt sokkal egyszerűbben, hagyományos eljárásokkal is el lehetett volna készíteni.”

A nyertes pályázat egy tetszőleges földrajzi terület háromdimenziós térképét puzzle formájában előállító alkalmazás lett. A versenyen az első 20 pályázatot kinyomtatták, a legjobbakat a helyszínen a közönség is megtekinthette. Varga András 2 műegyetemi közönségdíjast emelt ki a mezőnyből.

Kun Csaba „Sárga bögre, görbe bögre” elnevezésű használati tárgyának belső része lehetővé teszi, hogy az aljára helyezett teafű ne jusson át a szűrőn, míg a külső része újszerű megjelenést kölcsönöz, és külön is használható bögreként.

Juhász Andrea az „ECLOUD” egyedi edényszárítót alkotta meg, amelynek elve a természet körforgásán alapszik. A falról levehető és tisztítható konyhai eszközben az edényekről lecsöpögő, esőt szimbolizáló víz táplálja a fűszernövényeket. A szerkezet ferdén kialakított alsó része lehetővé teszi a víz lefolyását a csövekbe, amelyek összeköttetésben állnak a cserepekkel.

A BME oktatója az előző évi, 2014-es mezőnyből kiemelte még Polyák Dominikát, a GPK ipari termék- és formatervező mérnökét, aki a tavalyi pályázaton a „LEDOLA” márkanevű moduláris lámpacsaládjával a „Home” kategória 1. helyezettje lett.

Műegyetemisták építették az első magyar 3D nyomtatót

Bartos Márton és Liszkai Tamás a BME GPK ipari termék- és formatervező mérnökei 2 évvel ezelőtt a „Budapest 3D Printing Days 2013” rendezvényre készítették el az első magyar 3D nyomtató prototípusát. A folyamatosan továbbfejlesztett eszközüket 2015-ben piacra dobták.
A fiatal mérnökök mindketten a Műegyetemen kezdtek foglalkozni a 3D nyomtatással, másnéven additív gyártástechnológiával. Liszkai Tamás HAESF-ösztöndíjasként az Amerikai Egyesült Államokban is bővítette elméleti tudását, és szakmai gyakorlatot szerzett egy, a témával foglalkozó nagyvállalatnál. Az első prototípus tervezését Bartos Márton kezdte el, majd a fiatalok közösen hoztak létre vállalkozást, és saját eszközük fejlesztésén túl bérnyomtatási és a prototípusgyártási szolgáltatásokat nyújtanak.
Az egykori műegyetemisták nyomtatójának működési elve a legelső 3D nyomtatási technológiához hasonlít. Fényérzékeny műgyanta alapanyagot használnak, és vékony rétegekben, térhálósítva építik fel a nyomtatott szilárd testeket, az alkatrészek nagyon jó felületi minősége mellett. Lézer helyett vetített képet alkalmaznak a gyanta szilárdságához, amellyel jelentősen fel tudják gyorsítani a nyomtatás folyamatát.

A vállalkozó mérnökök számára nagy kihívás volt a piacosítás: „a gép műszaki tervezésén és finomhangolásán túl olyan beszállítói forrásokat kellett feltárnunk, amelyekkel a gép alkatrészeit kis darabszámok mellett is megbízhatóan, jó minőségben és alacsony költségekkel tudjuk gyártatni” – emlékezett vissza a kezdeti lépésekre Liszkai Tamás. Hozzátette, hogy a gépek összeszerelése manufakturális üzemben történik, ahol nincsenek nagy darabszámok, minden berendezés egyedi megrendelésre készül. „Már eljutottunk odáig, hogy kis megrendeléseket határidőre tudunk teljesíteni” – ecsetelte Bartos Márton, hozzátéve, hogy számukra főként a nemzetközi piac jelenti a jövőt. „Ipari felhasználású, tehát pontos, megbízható, termelékeny, intenzív terméktámogatással bíró 3D nyomtatót fejlesztünk. Szeretnénk a gépünket funkcionalitásában a nagy ipari gyártók berendezései mellé tenni, de a gép és az alapanyagok költségeit alacsonyan tartani, így a nagy felbontású 3D nyomtatást a kisvállalkozások számára is elérhetővé tenni.” A BME-s feltalálók szerint egyre nagyobb az igény a 3D nyomtatásra. Ma már napi rendszerességgel jelennek meg az új hírek a technológia fejlődéséről, és úgy vélik, hogy a 3D nyomtatás bizonyos alkalmazási területeken néhány éven belül teljesen kiváltja a hagyományos gyártási technológiákat, vagy éppen teljesen új alkalmazásokat teremthet. (Hagyományos, másnéven szubsztraktív gyártástechnológia például a forgácsolás vagy a marás. Az eljárásban a gyártandó alkatrészt egy nagyobb tömbből anyagleválasztással állítják elő – a szerk.)

A közeli jövőt illetően Varga András úgy vélekedett, hogy csak idő kérdése, és a 3D nyomtatás elérhető lesz a lakossági fogyasztók számára. „Már most van olyan ipari formatervező hallgatóm, akinek saját 3D nyomtatója van” – osztotta meg a műegyetemi oktató. Az egyszerűbb, jelenleg azonban még néhány százezer forintos eszközök ára néhány éven belül jelentősen csökkenhet. E mellett egyre több „kész”, már megtervezett és ingyenes háromdimenziós terv érhető el az interneten, így azok is kipróbálhatják a 3D nyomtatást, akiknek egyébként nincsenek tervezési ismereteik. „A mérnöki affinitás hiánya sem szabhat gátat a technológia elterjedésének. Idővel szinte minden egyedi elgondolás akár házilag elkészíthető lesz.”

- TZS -

Fotó: Takács Ildikó

Képek forrása: 3D Printing Day