hirdetés
hirdetés

Technológia

Nyomtatás – a gyártás új dimenziója

A tudásmegosztást forradalmasító könyvnyomtatás több mint félezer éve nagyobb sebességre kapcsolta az emberi civilizáció fejlődését. A háromdimenziós nyomtatás mostani térhódításának láttán sokan a gyártóipar új alapokra helyezését jövendölik, ami azonban komoly jogvédelmi problémákat is felvet.

hirdetés

A 3D-s nyomtatást – más néven az additív gyártást – övező lelkesedést egyáltalán nem befolyásolja, hogy a technológia korántsem újkeletű, már a nyolcvanas évek közepén, a sugárzással előidézett polimerizációt alkalmazó lézer-sztereolitográfia kifejlesztésekor megjelent, és a mérnökök azóta több változatát is használják a prototípusok gyors elkészítésére. Miután a tervezőszoftverben modellezett tárgyak közvetlenül kinyomtathatók, az additív gyártás hetekkel, hónapokkal lerövidítheti a tervezés folyamatát, de nem ez az egyedüli előnye. A 3D-s nyomtatók alkalmazása új távlatokat nyit a mérnökök előtt, mivel olyan tárgyak tervezését is lehetővé teszi, amelyek hagyományos gyártási eljárással – öntéssel, hajlítással, préseléssel vagy forgácsolással – nem lennének előállíthatók.

Ennek ellenére a 3D-s nyomtatás egészen a közelmúltig nem terjedt el szélesebb körben. Az additív gyártás költséges volt, de legalább ekkora hátránynak bizonyult, hogy a nyomtatók hosszú időn át csupán néhány anyag használatát tették lehetővé, és viszonylag lassan dolgoztak. Egy-két napba is beletelhetett, amíg a 3D-s printeren elkészült egy prototípussal, ráadásul a minőség ellenőrzése is nehézségekbe ütközött. Most azonban fordulóponthoz értünk – a technológia fejlődése mára széles körben elérhetővé és a hagyományos gyártás életképes alternatívájává tette a háromdimenziós nyomtatást.

Az elmúlt év folyamán szinte heti gyakorisággal olvashattuk a 3D-s nyomtatás újabbnál újabb vívmányairól tudósító híreket. A technológia a nagy költségvetésű kutató-fejlesztő laboratóriumok exkluzív játékszeréből mára fogyasztói cikké vált. A márciusban megrendezett CeBIT 2013 kiállítás közönsége például első ízben láthatott otthoni felhasználásra szánt, asztali 3D-s nyomtatót, a MakerBot gépét, amelynek ára akkor mintegy 2 ezer dollár volt. Meg Whitman, az egyik legnagyobb nyomtatógyártó, a HP vezérigazgatója nemrég szintén arról beszélt egy konferencián, hogy a cég 2014 közepére hozzáférhető árú és gyors 3D-s nyomtatóval kíván piacra lépni.

MakerBot: tárgyak nyomtatása otthon
MakerBot: tárgyak nyomtatása otthon

Használati és dísztárgyaktól kezdve ruházati cikkeken át lakómodulokig ma már úgyszólván bármi kinyomtatható. Idén májusban például nagy visszhangot keltett az első, 3D-s nyomtatóval készült lőfegyver sikeres tesztje – a pisztoly terveinek közzététele az interneten nemkülönben. Szeptemberben pedig egy fiatal mérnök, Joel Gibbard bristoli lakásán tervezett és nyomtatott ki egy bionikus kezet, amelynek a dokumentációját ingyenesen hozzáférhetővé kívánja tenni, hogy ezzel segítse olcsóbb protézisek előállítását az amputáltak számára.

Gyártsd magad!

A fejlett tervezőszoftverek és a legújabb gyártóeszközök – 3D-s nyomtatók és számítógéppel vezérelt lézervágók – segítségével a feltalálók és a formatervezők minden eddiginél gyorsabban és olcsóbban valósíthatják meg elképzeléseiket. A BBC az utóbbi hónapokban többször is foglalkozott azokkal a mikrogyárakkal, amelyek az online beküldött digitális tervek alapján készítik el a termékeket – a gyártás és az ellátási láncok jövőbeni fejlődésének egyik lehetséges irányát is előrevetítve.

Jack Dorsey, a Twitter alapítója áll például egy másik, sikeres vállalat, a Square mögött, amely okostelefonhoz vagy tablethez csatlakoztatható, miniatűr bankkártya-olvasókat gyárt. A Square társalapítója, Jim McKelvey a kártyaolvasó prototípusát a kaliforniai Menlo Parkban, egy közösségi tulajdonú műhelyben készítette, két és fél éve. A műhelyt a Gyártsd magad! mozgalom úttörőjének számító TechShop működteti, tagsági alapon. Havi 125 dollárért a tagok több mint 1 millió dollár összértékű hardverhez és szoftverhez – többek között 3D-s nyomtatókhoz és lézervágókhoz – férnek hozzá, és olyan képzést is kapnak, amelyen elsajátíthatják az eszközök használatát. A TechShop, amely 2006-ban amatőr befektetők és lelkes tervezők támogatásával jött létre, ma már hat hasonló központot működtet az Egyesült Államokban, és a műhelyek mindegyikét ezernél többen látogatják.

Mojo: a Stratasys professzionális asztali nyomtatója
Mojo: a Stratasys professzionális asztali nyomtatója

Neil Gershenfeld, a bostoni Massachusetts Institute of Technology professzora, a Center for Bits and Atoms igazgatója hasonló koncepciót valósított meg a Fab Labs helyi digitális gyártóközpontok létrehozásával, amelyek az újító vállalkozásokat hivatottak segíteni elképzeléseik megvalósításában. A világ különböző pontjain eddig mintegy 150 központ kezdte meg működését, a Fab Alapítvány meghatározása szerint a kutatás és az innováció növekvő, elosztott laboratóriumát alkotva.

A Ponoko Gyártsd magad! szolgáltatását világszerte használó, mintegy 100 ezer tervező eddig 300 ezernél több termékkel lépett piacra az elektronikus kereskedelem csatornáin. Közülük sokan korábbi kedvtelésüket fejlesztették globális jelenléttel bíró vállalkozássá. A Ponoko öt helyszínen, az Egyesült Államokban, az Egyesült Királyságban, Németországban, Olaszországban és Új-Zélandon működtet digitális gyártóközpontot. Derek Elley, a cég társalapítója szerint a digitális technológia 10-20-szor olcsóbbá teszi a gyártás folyamatát – a 3D-s nyomatok ára például az elmúlt 10 évben legalább 300 százalékkal csökkent.

A Wohlers Associates, a 3D-s nyomtatás területére szakosodott elemzőcég előrejelzése szerint az additív gyártás eszközeinek és szolgáltatásainak piaca 2015-ben eléri a 3,7 milliárd dollárt, az évtized végére pedig közel háromszorosára, 10,8 milliárd dollárra nőhet. Mark Hatch, a TechShop vezérigazgatója egyenesen új ipari forradalomról beszél, amely a következő 20 évben nagyobb hatással lesz a világra, mint az internet.

A 3D-s nyomtatás fémkora

Eközben a világ nagy kutatóközpontjai is a háromdimenziós printelés jövőjét formálják. A NASA például azt tervezi, hogy 2014-ben 3D-s nyomtatót küld a világűrbe, amellyel a nemzetközi űrállomás legénysége alkatrészeket és kéziszerszámokat fog készíteni a súlytalanság állapotában. A nyomtató, amelyet egy start-up cég, a Made in Space készít, körülbelül akkora lesz, mint egy mikrohullámú sütő, de a NASA sokkal nagyobb terveket is sző. Az elképzelések szerint műholdakat – a távolabbi jövőben, egy esetleges Hold- vagy Mars-expedíció során akár űrbázis-modulokat – is nyomtatna a világűrben, ami lényegesen olcsóbbá tenné az űrkutatást.

Az additív gyártás alapanyagát hosszú időn át a polimerek, műanyagok képezték, ma azonban már fémekkel – például titánium, nikkel és króm felhasználásával –, a fémpor lézeres olvasztásával is lehet nyomtatni. Az elektronikus készülékek műanyag és fém komponensei így akár egyszerre is előállíthatók.

Nagyméretű tárgyakat előállító Fortus 3D-s nyomtató
Nagyméretű tárgyakat előállító Fortus 3D-s nyomtató
Fémekből rendkívül robusztus alkatrészek nyomtathatók. A General Electric ezzel a technológiával már 2011-ben üzemanyag-befecskendező szelepet készített egyik repülőgépmotorjához. A NASA idén augusztusban szintén sikeresen tesztelte egy több mint 88 kilonewton (9 tonna) tolóerejű rakétahajtómű 3D-s nyomtatóval gyártott üzemanyag-befecskendező szelepét. Az injektor a NASA Space Launch System (SLS) rakétájába szánt RS-25-ös motor tervei alapján készült, nikkel-króm ötvözet porának szelektív lézeres olvasztásával. Ezt a rakétát a NASA olyan expedíciókban használná, amelyek az aszteroidákat, illetve a Marsot keresnék fel.

A 3D-s nyomtatásnak köszönhetően a 28 elemből felépülő injektort két részben el lehetett készíteni, míg hagyományos gyártási eljárás alkalmazása mellett 115 alkatrész elkészítésére és összeszerelésére lett volna szükség. Az európai űrkutatási hivatal, az ESA szintén fémalapú 3D-s nyomtatással kísérletezik. Az Amaze (Additive Manufacturing Aiming Towards Zero Waste and Efficient Production of High-Tech Metal Products) projekt célja, hogy erősebb, ugyanakkor könnyebb és olcsóbb alkatrészeket állítson elő a repülőgépgyártás, az űrkutatás és a fúziós atomerőművek számára. A 20 millió euró költségvetésű projektben közreműködő 28 európai kutatóintézet szakemberei már 2 méteres alkatrészeket is nyomtattak repülőgépszárnyakhoz és hajtóművekhez, továbbá olyan komponenseket is előállítottak volfrámötvözetből, amelyek 3 ezer Celsius-fokos hőmérsékletnek is ellenállnak.

Háromdimenziós nyomtatással még a legösszetettebb tárgyak is előállíthatók egy-két darabban. Míg a hagyományos gyártási eljárások – például a forgácsolás, a hegesztés – hulladékot is termelnek, a digitális tervek alapján, rétegről rétegre építő 3D-s nyomtatók úgyszólván veszteségmentesen működnek. Különösen fontos ez az olyan, drága nyersanyagokból készülő termékek esetében, mint a rakéta- és repülőgépmotorok említett alkatrészei. A megtakarítás lehetőségei azonban ezzel még nem merülnek ki. Az additív gyártásra szánt termékek és alkatrészek ugyanis eleve úgy tervezhetők meg, hogy kevesebb anyagot tartalmazzanak. Egy repülőgép élettartama alatt pedig egyetlen kilogramm súlycsökkenés is több százezer dollár megtakarítást hozhat az üzemanyagköltségen.

Az iparjogvédelem kihívásai

Mindez ígéretes jövő képét vetíti elénk úgy a személyre szabott, mint a fenntartható gyártás tekintetében. A 3D-s nyomtatás azonban számos kérdést is felvet az additív gyártási eljárással létrehozott tárgyak minőségével, a hozzájuk fűződő szerzői és iparjogok védelmével kapcsolatban – mutatott rá a Taylor Wessing nemzetközi ügyvédi iroda.

A széles körben hozzáférhetővé váló 3D-s nyomtatókkal történő másolás például komoly károkat okozhat azoknak, akik rengeteget költöttek egy termék megtervezésére és kifejlesztésére. Az új eljárással a hamisítók ráadásul helyben, saját hazájukban állíthatják elő az árucikkeket, ezáltal elkerülhetik a vámvizsgálatot és az áruk esetleges lefoglalását. Nem beszélve arról, hogy a fájlcserére szakosodott weboldalakról letöltött tervek, minták alapján bárki előállíthat különböző cikkeket, ahelyett, hogy azokat megvenné egy kiskereskedőtől.

Speciális, például orvostechnikai eszközök nyomtatása kapcsán további problémák merülhetnek fel. Ha egy olyan egyszerű orvosi eszközt, mint a fecskendő, 3D-s nyomtatóval állítunk elő, a fogyasztók nem tudnak meggyőződni arról, hogy az toxikológiai szempontból megfelel-e a törvényben meghatározott követelményeknek. Az orvostechnikai eszközök biztonságosabb forgalmazása érdekében ezért szükségessé vált a vonatkozó európai uniós jogszabályok módosítása, ami később más területek szabályozására is hatással lehet.

A tervezett új rendelet számos, az eszközök eredetiségét biztosító szabályt vezetne be, lehetővé téve azok nyomon követését az ellátási láncban. A gyártóknak például egy egyedi eszközazonosító rendszerben (Unique Device Identification, UDI) kötelezően közzé kellene tenniük a gyártással és az esetleges kockázatokkal kapcsolatos információkat, továbbá az orvostechnikai eszközök európai adatbankjában, az Eudamed adatbázisában is regisztrálniuk kellene magukat, termékeiket és képviselőiket. Ha a rendelet – amelyről az Európa Parlamentnek és az Európa Tanácsnak is döntenie kell még – hatályba lép, a szabályokat ismerő fogyasztók várhatóan könnyebben felismerhetik majd a 3D-s nyomtatókkal készült hamisítványokat.

Kis Endre
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
Cikk[140781] galéria
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés