A 3D modellezés, a képalkotás és a nyomtatás adta lehetőségekkel viszont megnyílik az esély arra, hogy decentralizálódjon a gyártás, és elképzelhető, hogy a termékeket vagy legalább bizonyos alkatrészeket idővel saját otthonainkban, egyedi igényeink szerint fogjuk legyártani. Cikkünkben sorra vettük a legnépszerűbb 3D nyomtatási technikákat, és bemutatunk néhány felhasználási területet, ahol a technológia valódi forradalmat robbanthat be. - írja a Portfolio

A legelterjedtebb módszerek

A 3D nyomtatást additív gyártási technológiának is nevezik, amely során a tárgyakat rétegenként építik fel speciális hardverek, azaz 3D nyomtatók segítségével. A technológia alapjaiban tér el az olyan hagyományos gyártási módszerektől, mint a marás vagy a vágás, amelyek a szubtraktív gyártási technológiák kategóriájába tartoznak. Az első 3D nyomtatási kísérletek már a 80-as években elindultak, ám csak a 2010-es években kezdték őket széles körben alkalmazni.

Az additív gyártási folyamatoknak hét fő kategóriája létezik, amelyeknek együtt közel 20 alkategóriája van. Az alábbiakban a teljesség igénye nélkül mutatunk be néhány népszerű eljárást:

• A legelterjedtebb 3D nyomtatási eljárás a műanyag szétolvasztásán (FDM) alapul. A módszer lényege, hogy az anyagot - amely a legtöbbször műanyag, de lehet beton vagy akár csokoládé is - egy fűtött fúvókán keresztül rétegenként viszik fel egy felületre. Az így megolvadt anyagot a nyomtató egy előre meghatározott formában helyezi el az építési felületre, ahol később megszilárdul.
• A sztereolitográfia (SLA) a legelső ipari 3D nyomtatási technika, amely során egy UV fényre térhálósodó műgyantát használnak. Az SLA nyomtatókkal részletgazdag, sima felületű tárgyakat lehet építeni, így gyakran használják az egészségügyi iparban például anatómiai modellek gyártásához, de a fogtechnikában, vagy ékszerek készítéséhez is gyakran alkalmazzák.
• A szelektív lézerszinterezés (SLS) során nejlonalapú porokat szilárd műanyaggá olvasztják össze. Ezeket a tárgyakat nagy szakítószilárdság, ellenállóképesség, és magas hőtűrő képesség jellemzi. A nejlonport a 3D nyomtató fűtött munkaterében egy lézer olvasztja össze. A nagy teljesítményű lézer miatt az SLS nyomtatók drágábbak, ezért csak ipari felhasználásuk jellemző. Általában funkcionális prototípusok és végtermékek, valamint beépíthető elemek kisszériás gyártására használják.
• A PolyJet módszer sokban hasonlít a hagyományos tintasugaras nyomtatáshoz, ám azzal a különbséggel, hogy a polimer-cseppeket egymás fölé, rétegekben helyezi el a nyomtató, majd UV fény segítségével megszilárdítja. A PolyJet technológiával élethű, színes alkatrészeket lehet létrehozni, ezért általában koncepciómodellekhez használják őket.
• A lézeres szinterezést (DMLS) gyakran használják általában több részből álló alkatrészek egyeleművé alakítására, és üreges jellemzőkkel bíró könnyűszerkezetes alkatrészek gyártására. A DMLS mind prototípusgyártása, mind gyártása egyaránt alkalmas, mivel az alkatrészek ugyanolyan sűrűek, mintha hagyományos fémgyártási módszerrel, mondjuk öntéssel állították volna elő őket. A módszer lényege, hogy a nyomtató nagyon finom fémpor lézeres megolvasztásával hoz létre formákat.
• Az elektronsugaras olvasztás egy másik fémnyomtatási technológia, amely elektromágneses tekercsek által vezérelt elektronsugarat használ a fémpor megolvasztásához. A nyomtatóágyat annak megfelelően hevítik fel, hogy milyen anyagot használnak, maga a nyomtatás pedig vákuumban megy végre.

Így néz ki a DMLS fémnyomtatási módszer élesben:

A 3D nyomtatók piaca

A technológiát pár évtizeddel ezelőtt még csak a nagyvállalatok tudták megfizetni, ma viszont már tömegek számára vált elérhetővé, hiszen az eszközök olcsóbbak és egyre felhasználóbarátabbá váltak. A 3D nyomtatás körül egy szubkultúra is kialakult, amelyben egy kezdő is könnyen eligazodhat köszönhetően az interneten szabadon elérhető szoftvereknek és 3D-modelleknek.

A kormányok világszerte támogatják a 3D nyomtatással kapcsolatos kutatást és fejlesztést, amely hozzájárul a technológia elterjedéséhez. A Biden-kormány például tavaly tavasszal indított el egy támogatási programot, amelynek kiemelt célja az additív gyártási technológiát alkalmazó kkv-k támogatása.

A globális 3D nyomtatói piac értéke 2021-ben 13,84 milliárd dollár volt, 2022 és 2030 között pedig várhatóan 20,8%-os éves növekedési ütemmel (CAGR) bővül majd. Világszinten 2021-ben 2,2 millió darab 3D nyomtatót adtak el, amely 2030-ra várhatóan eléri a 21,5 millió darabot.

A legnagyobb ütemben az FDM nyomtatók piaca növekszik, hiszen ez a leginkább megfizethető eljárás, mind a nyomtatók, mind a felhasznált anyag árát tekintve. A bevétel szempontjából 2021-ben azonban még a sztereolitográfia szegmens vezette a piacot, elérve a globális bevétel több mint 8 százalékát. Várhatóan az olyan poralapú technológiák, mint például a Multi Jet Fusion, vagy az SLA lesznek a gyártók által leginkább preferált eljárások a magas termelékenységi szintek miatt.

A prototípusgyártási szegmens 2021-ben domináns pozíciót töltött be a 3D nyomtatók piacán, közel 55%-os bevételi részesedéssel. Anyaghasználat szerint pedig a fémmel dolgozó nyomtatók rendelkeztek a legnagyobb piaci részesedéssel, 2021-ben közel 50%-kal.

Felhasználási területek

Az egyik legelterjedtebb felhasználási területe a 3D nyomtatásnak a prototípusgyártás. A 3D nyomtatás tökéletesen megfelel arra, hogy komplex termékeket nagy pontossággal, de kis mennyiségben és gyorsan le tudjanak gyártani a cégek. A 3D nyomtatott prototípusokat az autóiparban használják a leggyakrabban, ahol kisebb egyedi alkatrészeket hoznak létre a technológiával. Ezek lehetnek egyszerű belső elemek, műszerfalak, de akár egy egész autó méretarányos modelljét is megépíthetik.

Nem csak ipari felhasználás létezik azonban: az Egyesült Államokban történt, hogy a hatóságok 3D nyomtatással rekonstruálták egy elhunyt férfi ujját. A rendőrség a gyilkos keresésére során úgy gondolta, hogy az elhunyt férfi mobiltelefonja hasznos bizonyítékokkal szolgálhat, így a lemásolták és kinyomtatták az áldozat ujját. Ez önmagában nem lett volna elegendő, mert a 3D nyomatott tárgyak nem vezetik az áramot, a nyomozók viszont vékony fémréteggel vonták be a műanyag ujjat, amivel már fel tudták oldani a mobiltelefont.

A 3D nyomtatás az egészségügyi iparban is fontos szerepet játszik. A technológia megkönnyíti az egyedi protézisek és ortézisek gyártását, de a fogászatban és az arcsebészetben is gyakran alkalmazzák. A legnagyobb potenciál azonban az egyelőre még gyerekcipőben járó bionyomtatásban rejlik.

A technológia segítségével várhatóan teljes egészében pótolni lehet majd elhalt szöveteket és a sérült vagy beteg szerveket.

A bioprinting alapját az a felfedezés adta, hogy a tintasugaras nyomtatók által kilövellt festékcseppek mérete nagyjából megegyezik az emberi sejtek méretével. Ennek megfelelően a sejteket sérülés nélkül lehet kijuttatni a nyomtatóból és formákba rendezni. Attól azonban, hogy működő szerveket lehessen nyomtatni, valószínűleg még évtizedekre vagyunk.

A 3D nyomtatott épületeket szerkezetileg hasonló nyomtatófejekkel készítik, mint amilyeneket a műanyagtárgyaknál használnak. A nyomtatók speciális, a megszokottnál lágyabb betont helyeznek fel egymásra vékony rétegekben. Az eljárás rendkívül felgyorsítja az építkezés egyes szakaszait, és sokkal komplexebb, fenntarthatóbb házak építését teszi lehetővé, amiket aztán reprodukálni is könnyebb. A technológiától a szakmabeliek azt várják, hogy csökkenti az építési költségeket, amelynek következtében hozzáférhetőbbé válik a lakhatás. Az eljárást több ország kormánya is igyekszik felkarolni: a dél-afrikai Tudományos és Innovációs Minisztérium (DSI) például kísérleti projektet indított mintegy 25 ház 3D-s nyomtatására. A kezdeményezés távlati célja az országban tapasztalható lakáshiány leküzdése.

A 3D nyomtatás hamarosan a ruhaipart is felforgathatja, amely hírhedt arról, hogy hatalmas mennyiségű hulladékot termel. A 3D nyomtatással csökkenthető lenne a felesleges anyaghasználat és a ruhákat egyedileg méretre lehetne szabni. Az eljárással ráadásul az újrahasznosított anyagokat is könnyebb felhasználni: az Adidas korábban az óceánból összegyűjtött műanyagból nyomtatott talpat egy tornacipőjéhez. Problémát jelenthet azonban, hogy a 3D nyomtatott ruhák műanyagból készülnek, vagyis nem túl kényelmes viselni őket. Emiatt egyelőre inkább divatbemutatók kifutóin találkozhatunk ilyen ruhadarabokkal. Előbb utóbb azonban a kényelmi faktor is javul majd, ha a technológia olcsóbb lesz, és otthon a saját eszközeinkkel a méretünkhöz tökéletesen passzoló ruhát nyomtathatunk. (Portfolio)