2012. dec 03.

36. Miről írt Matolcsy? - Avagy porból lettünk és lesz a csavarkulcs is...

írta: _Maverick
36. Miről írt Matolcsy? - Avagy porból lettünk és lesz a csavarkulcs is...

„...képes adatokból dolgokat és dolgokból adatokat előállítani...”

-Matolcsy György-

5460178-21046214-thumbnail.jpgCsütörtökön jelent meg az Index hasábjain – és persze a HVG-n, majd szép lassan néhány blogon és egyéb híroldalon is – Matolcsy György nemzetgazdasági miniszter legújabb, Heti Válaszban megjelent cikkének rövid kivonata és véleményezése. Az elmúlt évek eseményeinek tükrében hősünk megszólalásai igen gyakran – és cseppet sem indokolatlanul – kerülnek élcelődések és kritikák kereszttüzébe, gondolatainak elemzése szinte mindig munkát ad minden lelkes politikai témában író bloggernek. A múlt heti kijelentésével sem történt ez másképp, elég csak az Index nyúlfarknyi cikkének végére görgetni és láthatóvá válik, hogy több mint 2000-en ajánlották a szösszenetet a Facebook-on. (Volt szerencsém látni párat, nyugodtan mondhatjuk, hogy rendszerint nem volt pozitív a szövegkörnyezet.)

Matolcsy írásában a 3D-s nyomtatás technikájára és az az által (feltehetően) eljövő harmadik ipari forradalomra tesz utalásokat. Néhány esetben valóban szerencsétlen volt a szóhasználat részéről – vagy a híradásban őt eleve kis éllel tálaló szerkesztő részéről –, de ezen a héten szeretnénk rávilágítani egy rövid sorozatban arra, hogy miért is nem légből kapott, és miért nem feltétlen túlzó maga az alapgondolat. Ebben az első cikkben magának a technikának az alapjairól lesz szó röviden. Ennek ismeretében bemutatjuk majd az alapokhoz képesti legújabb fejlesztéseket is, majd pedig elsősorban az Economist-ban nyár elején megjelent, hosszas elemzésre támaszkodva megpróbáljuk érzékeltetni, hogy miként forradalmasíthatja mindez az ipari világ működését.

(Hangsúlyoznánk, hogy innentől az írásnak semmiféle politikai felhangja nem lesz, egyszerűen csak az olvasók számára a fenti cikkekben rejtve maradt technika bemutatására kívánunk összpontosítani, melynek fényében mindenki állást foglalhat saját belátása szerint, ellenben azokkal, akik a kiragadott mondatok alapján, háttérismeretek nélkül tették mindezt.)  


cseppko.jpgA 3D nyomtatás úgynevezett additív gyártási eljárás. Ez annyit tesz, hogy a folyamat során az alakuló termékhez anyagot adnak hozzá – mint a természet az álló cseppkövek kialakulásakor, melyek milliméterről milliméterre növekednek a lecsöpögő oldatból lerakódó mészkőnek köszönhetően -, ellentétben rengeteg hagyományosabbnak mondható technikával, amikor valamilyen nagyobb tömbből alakítják ki a kívánt eredményt a felesleges részek eltávolításával. Utóbbira klasszikus példa lehet a szobrászat, de ipari példaként említhetjük akár az esztergálást is.

lei_cad_01.jpgA 3D nyomtatás gyűjtőfogalma több különböző technikát takar. Ezek közt a különbséget a kivitelezés módja, vagyis maga a nyomtatási eljárás jelenti, de a működés alapelve minden esetben ugyanaz. A nyomtató egy megfelelő számítógépes fájllal dolgozik, mely tartalmazza az előállítani kívánt termék minden geometriai adatát. A számítógéppel segített tervezés (CAD) idejében ez már nem jelent többlet munkát, a 3D-s modellező programok mára már a tananyag és az ipar standard részét képezik. Segítségükkel a legapróbb részletekig megformázható minden egyes objektum, majd a háromdimenziós modelleken más programok alkalmazásával elvégezhetőek különböző, például szilárdságtani szimulációk, és előállíthatóak a gyártáshoz szükséges műszaki rajzok is.

A 3D nyomtatónak azonban nincs szüksége a hagyományos műszaki ábrákra. Helyette magát a háromdimenziós modellt rétegekre bontja a szoftver, és ezen igen vékony rétegek geometriai adatait tárolja el egy speciális formátumban. Ezen rétegek ismeretében kezdődhet maga a nyomtatás, mely már különböző módokon történhet.

cad_print.jpg

Az úgynevezett „direkt” technika során a hagyományos nyomtatókhoz hasonló módon egy „nyomtató fej” nagyobb sűrűségű polimereket, gyantákat használva építi fel a kívánt tárgyat, mégpedig oly módon, hogy csak a megfelelő pontokhoz ad hozzá újabb és újabb réteget, ehhez nem használ segédanyagot, ragasztót. Ez látható az alábbi szemléltető videón:  

A fenti módszer jelentős korlátja, hogy nagyon leszűkíti a felhasználható anyagok tárházát, és bizonyos geometriai megkötések is adódnak (mivel nincsen semmilyen alátámasztás, nem lehet olyan „lelógó” részeket gyártani, melyek csak egy felsőbb rétegben kapcsolódnak a vázhoz, mert ezek az alsóbb metszetek síkjában a levegőben lógnának). Ennél összetettebb a „binder” eljárás, amely már két anyagot használ: egy finom port, és valamilyen folyékony kötőanyagot. Előbbiből a gép minden lépésben leterít egy vékony síkot, majd a kis fej végigmegy azokon a helyeken, ahol a tárgyat tovább kívánjuk építeni, és a parányi fúvókából – a tintasugaras nyomtatóhoz teljesen hasonlóan – kibocsátja a „ragasztót”, mely ezeken a pontokon megteremti a kapcsolatot a korábbi rétegekkel. A végterméket ezek után már csak ki kell venni a porból, mely természetesen legközelebb ismét felhasználható lesz.

3-d-printing-3.gifA legfejlettebb eljárás a fotopolimerizáció jelenségére támaszkodik. Egy vékony, folyékony polimerréteget terít le a gép, melyet aztán a kívánt helyeken UV lézer fénnyel sugároznak be, ezzel megszilárdítva ott az anyagot. Ezt nevezik sztereolitográfiának. A „selective laser sintering” (SLS) módszer pedig teljesen hasonló módon, csak folyadék helyett finom porból állítja elő a végterméket. Ez a módszer igen nagy pontosságot tesz lehetővé a lézernek köszönhetően, így akár finommechanikai alkatrészek is létrehozhatóak.

Meglepő módon a technika nem újkeletű, már a 80-as évek végétől ismert. Eleinte bonyolultabb geometriájú prototípusok, modellek elkészítésére fejlesztették ki, melyeket aztán tesztelésekre használhattak fel, például szélcsatornákban. Ekkor még a gépek nehézkesek, bonyolultak, hihetetlenül lassúak, és még annál is drágábbak voltak. A napjainkban tapasztalható áttörést elsősorban a számítási kapacitás növekedésének és olcsóbbá válásának köszönhetjük. Mára jutott el oda a technika, hogy hatalmas méretű tárgyak esetén is alkalmazható, valamint hogy maguk a nyomtatók már elfogadható áron forgalmazhatóak, és akár néhány óra alatt végeznek egy meglehetősen komplex alkatrésszel is.

Számos előnye van ennek a gyártási eljárásnak. Mindenekelőtt nincs szükség nagyon drága öntőformákra, speciális megmunkálásra és minimális mennyiségű anyag megy veszendőbe. Ezen kívül lehetőséget teremt olyan tárgyak előállítására, melyeket semmilyen más módon nem lehetne kialakítani (vagy csak aránytalan nehézségek árán) . Gondoljunk egy üreges hűtőbordára, vagy egy lemez belsejében kanyargó, az áramlásnak megfelelően kialakított csatornára, melyet utólagos furat készítéssel lehetetlen lenne kivágni. Leomlanak bizonyos szerelhetőségből származó korlátok is. Gyakorlatilag minden kezdő gépész hallgató belefut egyszer a problémába: a megrajzolt eszköz jól néz ki, működne is, csak a valóságban nem lehetne összerakni, mert egy belülre szánt alkatrész nem fér át a hézagokon, vagy nem illeszthető be valamilyen geometriai akadály miatt a végső helyre. Hála a 3D nyomtatásnak ez a probléma is megszűnik, mert eleve belülre kerülhet az, amit oda szánunk (lásd az első videón)!

Az öntőformák, minták elmaradása nem csak azért kulcskérdés, mert ezek az eszközök elképesztően költséges módon állíthatóak csak elő, hanem mert hiányukban rendkívül rugalmassá válik a gyártási folyamat. Ugyanaz a gép egymás után két teljesen különböző tárgyat is kinyomtathat, nincs szükség a gyártósor hosszadalmas átalakítására, bizonyos elemek kicserélésére, csak egy másik adat fájlt kell beolvasni. (Ezzel meg is kaptuk a választ, hogy miként lesznek „adatokból dolgok”. A "dolgokból adatok" pedig a különböző scannelési eljárásokkal állíthatóak elő, melyek leképezik a másolni kívánt tárgyat a modellező programba, ahogy azt az első videón bemutatják.) Ennek egyenes következménye, hogy futószalagon lehet egyedi termékeket gyártani. Nincs alsó korlát a darabszámra, melyhez már megéri beüzemelni egy egyedi gépsort.

jaw.jpgHol lehet ennek igazán nagy jelentősége? Például az orvostudományban, ahol az implantátumoknak, művégtagoknak eleve egyedieknek kell lennie, a páciens „geometriájához” kell igazodnia. Ezt a nyomtatásnak köszönhetően sokkal pontosabban és sokkal könnyebben meg lehet tenni. Példaként említhetjük az ábrán is látható állkapcsot, vagy a koponyasérülést kipótló speciális alakú lemezt. Az „egyedi sorozatgyártás” azonban új távlatokat nyithat a terméktervezésben is.

xilloc_3d_printing-2.pngA néhány szemléltető videó és a rövid bevezető alighanem elegendő ahhoz, hogy érezzük, egy rendkívüli lehetőségeket nyitó technikáról beszélünk. Felmerülhet azonban a kérdés: mennyiben lehet ezt használni a modern világunkat keresztül-kasul átszövő elektronikus tárgyak birodalmában? Eljöhet a pillanat, amikor nem „csak” egy csavarkulcs, hanem egy távirányító, vagy egy telefon is kikerülhet a printerből? Erről lesz szó legközelebb...  

Források

How Stuff Works

Wikipedia

BME, Gépgyártástechnika kurzus

TED

DW - Woman receives 3D printed transplant jaw

www.3ders.org

Ha tetszett a bejegyzés, és szeretnél frissen értesülni az újakról, illetve szívesen olvasnád azokat az írásokat is, melyeket csak ajánlunk, de külön bejegyzéssé nem érnek (vagy nincs szükség kiegészítésükre), akkor csatlakozz a blog Facebook oldalához a jobb hasábban megtalálható alkalmazás segítségével! 

Szólj hozzá

orvostudomány ipari forradalom protézis művégtag fókuszpont 3D nyomtatás