A KKV-K VERSENYKÉPESSÉGÉNEK NÖVELÉSE ADAPTÍV TECHNOLÓGIAI INNOVÁCIÓ RÉVÉN
GINOP-2.1.8-17-2018-03515

A METRIS3D KFT KAPACITÁSBŐVÍTÉSRE IRÁNYULÓ ESZKÖZBESZERZÉSI PROJEKTJE
GINOP-1.2.2-15-2016-02462

Főoldal Publikációk

PUBLIKÁCIÓK

3D SZKENNELÉS ÉS NYOMTATÁS NANOMÉTERES TARTOMÁNYBAN - METRIS 3D MÉRÉSTECHNIKA

Hatalmas áttörést értek el a Bécsi Egyetemen tudósok a "két fotonlitográfiás" eljárással 3D nyomtatás területén. Az áttörés elsõsorban a korábban használt technológia felgyorsításában történt, ez olyan új területeket nyit meg a nano-3D nyomtatás felé, mint például a gyógyszergyártás, nagyméretû gépalkatrészek prototípus gyártása.


A nano-3D nyomtatás olyan kötõanyagot használ, amit fókuszált lézersugárral szilárdítanak meg. A lézerfókuszt kitéríthetõ tükrök segítségével pozícionálják, szilárd polimer alapú hordozón csupán néhány száz nanométer területen, ami lehetõvé teszi homokszemcse-méretû "3D szobrok" létrehozását. A nyomtatás sebessége korábbi módszerekkel milliméters volt másodpercenként, az új áttöréssel 5 métereres nyomtatási sebességet értek el egy másodperc alatt, ami világrekordnak számít a kétfotonos-litográfiában (litográfia - 3D nyomtatás 150nm hullámhosszúságú tartományban).

Az újfajta 3D nyomtató megalkotásához eddig nemlétezõ módszereket kellett létrehozni, mint például a féligáteresztõ tükrök vezérlése és mozgatása. A gyorsítási- és lassítási periódus rendkívül finom hangolására volt szükség az új sebbesség rekord felállításához.
A 3D nyomtatás nem csupán a mechanikai tervezésrõl szól, kémiai módszereket is alkalmaz: a vivõréteg tartalmaz olyan molekulákat, melyeket a lézersugár aktivál megindítva a láncreakciót az anyagszerkezet többi összetevõjében, a monomerekben, így megszilárdítva a nyomtatandó 3D felületet. Az aktiváló molekulák csak akkor lépnek "mûködésbe", ha egyszerre két lézersugár fotonnyalábot nyelnek el, ezért hívjuk ezt a módszert kétfotonos litográfiának (nyomtatás). Ez a kétfotonos láncreakció egyedül a lézersugár fókuszában jön létre, ahol az intenzitás a legmagasabb.

DIGITALIZÁLÁS METRIS 3D MÓDSZEREKKEL- GYÁRTÁSFEJLESZTÉS

Összehasonlítva a hagyományos 3D nyomtatási technológiákkal az új fejlesztéssel bárhol folytathatjuk a 3D nyomtatást a munkadarab szabad felületén, míg korábban egybefüggõ, maximum 7um vastagságú, függõleges elhelyezkedésû síknyomatokból építették fel rétegenként a 3D munkadarabot. A 3D prototípus alapját mindkét módszer esetén pl. Metris 3D szkennerekbõl nyert pontfelhõ és az abból készült testmodell vagy paraszolid adja.


Autóipari minõségbiztosítást, geometriai mérést, ellenõrzést is végzõ 3D CMM Koordinátamérõ gépre szerelt Nikon Metrology lézerszkennerekkel legalább +/-2.5um pontmérési "bizonytalansággal", nagy sebességû (100.000pts/sec) szkenek készülnek szinte bármilyen felületrõl - fémrõl, mûanyagról színtõl és reflektivitástól függetlenül. Az így nyert pontfelhõbõl néhány kattintással 3D testmodell lesz melybõl kézzel fogható prototípust nyomtat különbözõ szilárdságú anyagokból a 3D nyomtató. Ezek a funkcionális munkadarabok képezik a prototípus gyártás alapját, ahol fizikai valójukban tesztelhetõk, mérhetõk, vizsgálhatók a különbözõ szerelt alkatrészek az új termékben. Erre korábban nem volt lehetõség ezért a tesztmérnökök kénytelenek voltak elméletben ellenõrizni, késõbb számítógépekkel szimulálni egy-egy új fejlesztésû alkatrész funkcionalitást. http://www.youtube.com/watch?v=fHpJxy_qD88&feature=player_embedded

3D FEJLESZTÉS- ÉS MÉRÉSTECNIKAI ELLENÕRZÉS METRIS 3D TAPINTÓMÉRÕGÉPEKKEL ÉS NAGYSEBESSÉGÛ SZKENNEREKKEL

Az ipar több területén használnak már ultramodern optikai és tapintó-mérõ METRIS 3D gépeket. Egy hibás termék kiszûrése esetén a gyártás során többször elõfordul, hogy a tervezõ és az ellenõrzést végzõ mérnökök vitába szállnak eldöntendõ, hogy a hibás darab tervezési vagy gyártási hiba eredménye. A mérnöki vita eldöntése gyakran METRIS 3D mérõgéppel történik.

Ekkor a hibás darab geometriai jellemzõit optikai multiszenzoros géppel, 3D koordinátamérõ géppel vagy mérõkarral minden egyes ponton bemérjük és meghatározzuk annak hasonlóságát a tervezõasztalon megálmodott 3D CAD modell jellemzõivel. Ha a gyártástechnológiához szükséges, változtatásokat is javaslunk, módosítjuk a testmodellt, majd kinyomtatjuk az így kapott új 3D prototípust lehetõvé téve a további tesztelést. Hogy mikor melyik ellenõrzõ berendezést javasoljuk gyártástechnológiai tervezésre? Fontos eldönteni, hogy a vizsgált 3D prototípusgyártás elõtt vagy termelés közben bemért alkatrésznek milyen a pontossága, befoglaló mérete, mobil, vagy fix telepítésû mérõ, vagy szkennelõ berendezésrõl van-e szó? CAD modell szerint mérünk, vagy sztenderd kiirányítást használunk a 3-2-1 módszerrel?
Az ipari forradalom hajnalán bonyolult kaliperekkel és hosszmérési módszerekkel probálták lemásolni a fizikai valóságot. Ma már rendelkezésre állnak olyan 3D térszkennnerek, melyek fázislézeres elven mûködnek. A lézerháromszögeléses szkennelési eljárás kisebb darabok szkennelésére hivatott, míg a térszkenner a fázisnyalábok kiolthatatlansága miatt messzi távolságokat is képes pásztázni 18-500m átmérõben is. Segítségével komplett buszokat, gyro-koptereket szkennelünk 0.1m térbeli pontossággal.
Nem ritka vevõi kérés egy már létezõ prototipizált termék vagy jármû körbeszkennelése és 3D visszafejtése CAD modellé. Késõbb számítógépes utómunkával elkészíthetõ a jármû karosszériájának és fõbb alkatrészeinek terve, mely azonnal gyártásba küldhetõ. 3D CAD modellekbõl egyszerû eljárással kimarhatók a kompozit karosszériaelem negatív formái, az öntészeti vagy más egyéb gyártástechnológia alapját képezõ szerszámok.


3D nyomtatás, szkennelés viszont nem csupán a gépgyártás, prototípus gyártás területén terjedhet el, hanem mindennapi életünk részévé is válhat, hiszen gondoljuk csak el mi történne, ha elveszett lakáskulcsainkat újranyomtathatnánk? Ehhez hasonló feladatokra máris fellelhetõk különbözõ alacsony költségû újítások azonban pontosságuk még nem teszi lehetõvé az otthoni felhasználást.


De ki tudja, mit hozhat a holnap?

szerzõ: Thurzó Miklós, METRIS 3D KFt. www.metris3d.hu
Forrás: Bécsi Mûszaki Egyetem
http://phys.org/news/2012-03-3d-printer-nano-precision.html#.UUSyfalempw.reddit

---

Elképzelés, túl a precizitáson

A Nikon méréstechnikai megoldásai egyedülálló módon ötvözik az érintésmentes mérési technológiáit az optikai kiválósággal. Mivel az összetett termékkör lehetõvé teszi az alkatrészek külsõ és belsõ formáinak (szub)mikronos pontosságú mérését, a megoldásokat az autóipar, a repülõgépgyártás, az elektronika, az orvostechnika, a hajógyártás, a kozmetikai ipar, az általános ipari termelés és más iparágak világszínvonalú gyártói alkalmazzák.

A digitális fejlesztési folyamatokat bevezetõ termelõvállalatok sikeresebben csökkentik a piaci bevezetésig szükséges idõt és a fejlesztési költségeket. A dimenzionális minõség-ellenõrzés biztosítja a kapcsolatot a valósággal, így kritikus tényezõ az adott digitális folyamat különbözõ szakaszaiban.

Digitális vizsgálati folyamatok

A Nikon méréstechnikai innovációi a lézerletapogatás és a pontfelhõszoftverek terén kulcsfontosságú támogatói a digitális vizsgálati folyamatnak. A fizikai alkatrész közvetlen vizsgálatával összehasonlítva a digitális vizsgálat elõször digitalizálja az alkatrészt, majd ezt követõen zajlik le a mérés a kapott digitális adatokon.

Ennek eredményeként a digitális folyamat - a mérési elõkészületektõl a végsõ jelentésig - elõnyöket kovácsol az automatizálási lehetõségekbõl és a digitális megközelítés adta rugalmasságból, végsõ soron idõt és pénzt takarítva meg. Mivel a mintadarab teljes digitális másolata továbbra is elérhetõ marad, teljes rugalmassággal végezhetõk el rajta további vagy még részletesebb vizsgálatok.

Méréstechnikával támogatott termelés

Mivel a nagy munkadarabok rendszerint igen drágák, hiszen kis darabszámban készülnek, az egyetlen elfogadható megközelítés az elsõre jó termék gyártása. Méréstechnikával támogatott gyártási környezetben pontos termelésközi adatok csatolhatók vissza a folyamatba, következetesen növelve ezzel a termelés pontosságát és sebességét.

Az innovatív, nagy léptékû méréstechnológiai megoldások az összeszerelés alatt pozicionálják és nyomon követik a munkadarabokat. Más esetben a mérési adatok felhasználhatók ipari robotok kalibrálására, illetve zárt visszacsatoló kör kialakítására, amellyel határozottan növelhetõ egy adott pozicionáló robot pontossága. A vezetõ autó- és repülõgép-ipari, illetve egyéb gyártók a Nikon méréstechnológiával támogatott termelési megoldásaira támaszkodnak, hogy magasabb minõségû termékeket állíthassanak elõ, és termelési költséget, illetve átfutási idõt takaríthassanak meg.

Az innovatív, érintésmentes méréstechnikák mellett a Nikon olyan hagyományos méréstechnikai megoldásokat is kínál, mint a CNC vezérelt és a hordozható koordinátamérõ rendszer (CMM). Átfogó termék- és szolgáltatáskínálatával a vállalat méréstechnikai divíziója kitûntetett helyet tölt be a mikro-méréstechnikai piacon azzal, hogy teljes körû megoldásokat nyújt. Sikeres stratégiája tette olyan egylépéses méréstechnológiai mûhellyé, amely teljesen integrált mérési megoldások széles palettáját kínálja. Ezen túlmenõen valódi gazdasági értéket teremt az egyedülálló értékesítést követõ szolgáltatási hálózat.

---

Tamás Ferenc: 3D nyomtatás elmélete és gyakorlata

Külön köszönetet szeretnék mondani a Metris3D Kft-nek az igen tartalmas honlapjuk kiváló cikkeiért! (http://www.metris3d.hu/)

Mesterséges fül Kép eredetije: http://www.metris3d.hu/3d_nyomtatas/3d_nyom tatok_a_gyakorlatban.html

A 3D nyomtató egy olyan eszköz, ami képes térbeli modelleket, testeket megalkotni a bevitt anyagok segítségével a számítógépben eltárolt modell alapján. Gyakorlatilag a nyomtatás következõ generációja! Legfõbb felhasználási területe a teljesen egyedi alkatrészek vagy termékek gyártása, illetve a személyre szabott tervek megvalósítása. A technológia fejlõdésével és az árak letörésével lehetõség nyílik az egyszerû ipari és az orvosi célú megvalósításokra is (pl.: mesterséges fül vagy szívbillentyû).

(Kép eredetije: http://www.rferl.org/content/printing-3d-new-industrial-revolution/24949765.html)

---

A 3D nyomtatás története

A korai 3D-s nyomtatási technológiák az 1980-as évek elején bukkantak fel. 1984-ben a 3D System Corporation-nek dolgozó Chuck W. Hull talált fel egy sztereolithográfiai eljárást, amely rétegenként vitte fel az anyagot egy UV-lézerrel formált fotópolimerre.

(Képen: Chuck W. Hull gépe)
(Kép forrása: http://www.pcmag.com/slideshow_viewer/0,3253,l=293816&a=289174&po=1,00.asp)
Hull dolgozta ki a sztereolithográfiai (STL) fájl formátumot, amely a 3D-nyomtatók széles körben elfogadott szabványa lett, valamint a digitális szeletelés és a kitöltõ folyamatok többségét is. A 3D- nyomtatás kifejezés maga egy tintasugaras nyomtatóból ered, amit úgy alakítottak át, hogy a tintát ne a papírra fecskendezze, hanem egymásra olvassza a rétegeket. Ezt az réteg-összeolvasztásos technológiát használják a legtöbb mai otthoni, illetve hobbi-célú 3D-nyomtatóban. Ezt a technológiát késõbb szabadalmaztatták és az 1980-as évek végén kezdték méregdrágán a legelsõ3D-nyomtatók eladását. A 2010-es évek elejétõl kezdett a 3D-nyomtatók ára esni, valamint ekkorra forrtak ki az egyéb 3D-s nyomtatási technológiák.

---

Additív gyártás

A 3D-nyomtatás fentebb ismertetett, legegyszerûbb módja. Angol eredetiben: Additive Manufactoring = AM. Itt térbeli tárgyakat készítenek a már meglévõ alapra újabb és újabb rétegek hozzáadásával – legyen szó akár mûanyagról, akár fémalkatrészrõl, akár emberi szövetrõl. A legelterjedtebb AM-technológia alapja egy megfelelõ 3D-s tervezõszoftver, amelynek segítségével elkészíthetõ a megtervezett 3D mesterdarab. A 3D-s tervrajz elkészülte után az AM-nyomtató beolvassa a tervet, majd lefekteti a tárgy por, mûanyag vagy fém megolvasztásával lágyított nyomtatott rétegeit, így felépítve a teljes terméket.Az AM megnevezés sokféle technológiát ötvöz: 3D-nyomtatás, Gyors Prototípusgyártás (Rapid Prototyping - RP), Direkt Digitális Gyártás (Direct Digital Manufacturing – DDM), rétegelt gyártás és additív megmunkálás. Az AM alkalmazhatósága ténylegesen határok nélküli. Az AM korábban a prototípusgyártás, avagy gyártás elõkészítés folyamatában jelent meg, a kész mester-rajzok vizualizációjával, majd kézzelfogható nyomatokkal így megvalósítva a tervezõmérnök számára, hogy a készterméket a gyártásba kerülés elõtt kézzel fogható formában teszteljék, beillesszék más folyamatokba és fizikai geometriai teszteket végezhessenek rajta. Ez a terület korábban teljesen elméleti volt a repülõgép gyártásban, a fogászati beavatkozásoknál, a divattervezõk ruhakészítõinél vagy az építészeti tervezésben.
Az egész folyamatot egy kiváló idõcsúsztatásos (timelapse) videó mutatja be igazán:
https://www.youtube.com/watch?v=8_vloWVgf0o

Maga a folyamat legelsõ lépése ugye a modellezés. Ez legtöbbször valamilyen CAD-szoftverrel történik, de egyre gyakoribb valamilyen 3D-szkenner felhasználása is. A különbözõ formátumú modelleket a szoftver igen sok vékony, egyforma vastagságú szeletre bontja fel. Magának a testnek a felületét pedig egy STL (Standard Template Library) fájl segítségével apró háromszögekre bontja fel. Minél kisebbek a háromszögek, annál pontosabb a 3D-nyomtatás. Mint a fenti videóban is látható, a test belsejébe is lehet erõsítésként szálakat tenni, mivel így a kész termék sokkal masszívabb lesz. Gyakori megoldás, hogy a színes 3D-nyomtatók VRML-fájlokat használnak, ugyanis az a formátum a konkrét geometriai alakzatokon túl a színeket is jól tárolja el.
Konkrét nyomtatáskor a gép beolvassa az egyes rétegek adatait és sorban, egymásra illeszkedõ rétegeket képez folyadékból, porból vagy sík lemezekbõl. Így szépen, szeletenként építi fel a teljes testet. A rétegek szokásos vastagsága általában 1-2 tized milliméter, de vannak ettõl eltérõ nyomtatók is. A módszer egyik elõnye, hogy a rétegek tökéletesen illeszkednek egymáshoz. Hátránya viszont, hogy a technológia sok hõt ad le, így hideg tárgyakat nem igazán lehet vele megvalósítani.
A rendelkezésre álló technológiákkal egy modell 3D-s kinyomtatása pár perctõl pár óráig tarthat, de ez persze erõsen függ a test bonyolultságától és méretétõl is. A 3D-s nyomtatás óriási elõnye, hogy tényleg egyedi darabokat hozhat létre; bár tömeggyártás esetén a 3D-s nyomtatás még jóval drágább a hagyományos módszereknél.

---

Példák additív 3D-s nyomtatásra

SLA:

(Stereolithography) Igen fejlett 3D-s nyomtatási módszer. Lényege: lézeres fotópolimer gyanta rétegeket olvaszt össze. A fotópolimer gyanta olyan anyag, amely fényre megváltoztatja anyagszerkezetét és megszilárdul. A rétegfelépítés általában egy zárt kamrában jön létre, ahol a lézersugár a 3D-s modell kontúrját követve megszilárdítja a test szélein lévõ molekulákat, így felépítve a megfelelõ 3D-s nyomtatót egészen a végsõ forma eléréséig. Ez késõbb akár megmunkálható, vagy pl. fröccsöntõ formaként is használható.

(Kép eredetije: http://www.metris3d.hu/3d_nyomtatas/3d_nyomtatok_a_gyakorlatban.html)
FDM:

(Fused Deposition Modeling) Folyamat-orientált thermo-mûanyag felhasználásával. Ez egy olyan speciális mûanyag, amely bizonyos forró adalék hozzáadásával megváltoztatja formáját, majd hûtéskor hirtelen megszilárdul. Fúvókákon keresztül kerül az öntési térbe az fröccsöntészeti anyag. Ebben a technológiában az öntészeti fúvókák precíz helyzete követi le a 3D modell kontúrját a thermo-keményítõ mûanyag felhordásával a következõ réteg elõtt. Ez a technika hasonló a fenti SLA-hoz, azaz késõbb megmunkálható vagy öntõformaként felhasználható. Használata aránylag könnyû és az anyagszilárdulás majdnem hõfüggetlen folyamat. Felhasználása igen széles körû. A lenti képen például FDM-eljárással készült cipõk láthatók, amelyek a viselõjük lábához vannak tervezve!

(Kép eredetije: http://www.inside3dp.com/fdm-understanding-commonly-used-3dp-technology/)
MJM:

(Multi Jet Modeling) Multijet modellezés ami hasonló a tintasugaras nyomtatási eljáráshoz. Olyan nyomtató fejet használ, amely képes a háromtengelyes oda-vissza pozicionálásra. Gyakorlatban több száz tintasugarashoz hasonló fejet foglal magába a hõérzékeny polimer réteg összeolvasztására rétegenként.

(Kép eredetije: http://www.metris3d.hu/3d_nyomtatas/3d_nyomtatok_a_gyakorlatban.html)
3DP:

(3D-Printing) Ez az eljárás a kész terméket egy olyan tartályban gyártja le, ami egyszerre tartalmazza a keményítõt és a kötõanyagot is. A tintasugaras nyomtató fejrészei csupán igen kis mennyiségû kötõanyagot spriccelnek rétegenként. A kötõanyag felhordásával párhuzamosan az új réteget ráhúzzák az elõzõ rétegre, amelyet a kötõanyag szilárdít meg. Ez mindaddig folytatódik, amíg a teljes 3D-nyomtatás tart. A lenti (reklám) videón is látható, hogy a kész modell környezetét könnyen eltávolítható porszerû anyag tölti ki, így gyakorlatban nincsen vivõanyag. A felhasznált technológia lehetõvé teszi a teljesen színes nyomatokat is!
https://www.youtube.com/watch?v=GnFxujCyD70

SLS:

(Selective Laser Sincering) Az SLA-hoz hasonlóan ez is nagy erejû lézert használ kis méretû fém, mûanyag, kerámia vagy üvegrészecskék összeolvasztásához. A gyártási ciklus alatt a munkaasztalt lesüllyesztik az új réteg felhordása elõtt. Az asztal csak síkirányú elmozdulásra képes. A rétegvastagság általában 0,01 milliméter, de ettõl eltérõ is lehet ms nyomtatónál. A tárgyasztalt addig süllyesztik, amíg az összes réteg egymásra nem tapad és a 3D-s nyomat el nem készül. A folyamat végén a tárgyról simán leszedhetõ a felesleges por és egyéb anyag. Íme egy bemutató videó errõl is:
https://www.youtube.com/watch?v=gbtu3wBJ-pY

---

Leendõ technikák:

A 3D-s nyomtatás lehetséges felhasználási területei szinte végtelenek.

• Például az ûrhajók fedélzetén azonnal elõállíthatnak olyan alkatrészeket, amelyek éppen szükségesek, így nem kell megvárni az esetenként sokat késõ utánpótlást.
• Másik lehetséges, már most is használt terület az öntõformák elkészítése. Egy-egy helyes öntõforma megtervezése és precíz kivitelezése igen sokba kerülhet. A 3D-s nyomtatással ez egyenlõre igen sokba kerül, de a technológia elterjedésével az árak rohamos esése várható.
• Már most is használják a 3D-s nyomtatást az autómodellezésben, mivel egy-egy kísérleti modell áramlástani vizsgálata ezzel egyszerûbb, mint egy méretarányos fém modell megépítése.
• Újabb üzleti ötlet a modellek testére szabott méregdrága ruhák nyomtatása. Ezek így tényleg egyedileg gyártott, máshol nem fellelhetõ, valóban testre szabott darabok. Bár a jelenlegi anyagokkal az elkészített ruhák nem rugalmasak!
• Szintén jó ötlet a építészek által megálmodott épületek vagy városrészek 3D-s kinyomtatása. Az AutoCAD-es tervezés után a fizikai modell valódi 3D-s kézbevétele feltárhatja az épületek esetleges hibáit, így még idõben lehet javítani!

(Kép eredetije: http://www.metris3d.hu/3d_nyomtatas/3d_nyomtatok_a_gyakorlatban.html)

• Ha már nem függ a 3D-s nyomtatás a hõtõl, akkor emberi szövetek is nyomtathatóvá válnak. Ehhez persze szükség van a betegtõl levett sejtekre, amibõl ki lehet tenyészteni a kész szerveket. A technológia óriási elõnye, hogy a saját szövetbõl nyomtatott szervet a test immunrendszere nem löki ki!
• A nem túl távoli jövõben, amikor már rengeteg anyag kerülhet be a 3D-s nyomtatókba, szóba kerülhet az ételek nyomtatása is – így megvalósítva a Star Trek sorozatokban megismert ételrepikátor:
  https://www.youtube.com/watch?v=sXXWrW6DiJA

---