Ipar, űrhajózás és orvostudomány: mire használják a 3D nyomtatást?

25. 5. 2020

25. Május 2020, 10:00 | A 3D nyomtatók régen csak az ezért a technológiáért rajongók asztalán voltak. A háromdimenziós nyomtatás az iparba és az orvostudományba is robbanásszerűen tört be és milliárd dolláros üzleté vált. A 3D nyomtatók segítik a betegek gyógyulását, olcsóbbá és gyorsabbá teszik a gyártást - és alapvető szerepet játszanak a Hold és a Mars kutatásában is.

A háromdimenziós nyomtatás alapelveirõl részletesen írtunk az elõzõ cikkek egyikében, így csak emlékeztetõként foglalnánk össze, hogy a 3D-s nyomtatás egy olyan módszer, amelyben a fizikai tárgyat egy digitális kép leképzése után (3D-s szkennelés útján) kinyomtatják egy speciális anyag - leggyakrabban megolvadt mûanyag - fokozatos rétegezése révén.

Kifinomult tárgyakat, nanométeres felbontásban, de óriási termékek akár 10 méter méretben is kinyomtathatók. Az otthoni szórakoztatás céljából történő nyomtatáson kívül a 3D nyomtatókat már használnak ipari üzemekben is, ahol úgynevezett adalékanyag-előállításként, csatlakoztják a megmunkálás, az esztergálás és más gyártási folyamatokhoz is.

De mire használják pontosan a 3D nyomtatást?

Ipar: prototípusok és alkatrészek nyomtatása

A 3D nyomtatás népszerű eszköz, különösen az autóiparban és a repülőgépiparban, ahol lerövidíti a prototípus tervezése és elkészítése közötti időt. Ezenkívül a 3D nyomtatók összeszerelési segédeszközöket (pl. rögzítőelemeket), formákat vagy fém alkatrészeket gyártanak a gyártóberendezésekhez.

A karbantartók nem várhatnak heteket alkatrészekre, hanem csak néhány órát - amíg az alkatrész kinyomtatásra kerül. A fémből (titán, alumínium, acél és mások) történő nyomtatás a fémpor lézeres szinterelésén alapszik. Nézzen meg egy mintát a videóban:

A kerámianyomtatás is egyre jobban növekszik. Például tűzálló alkatrészek gyártására kemencékhez vagy nagyfeszültségű rendszerekhez alkatrészek előállításánál alkalmazzák. Relatív újdonság a szén-kompozitból készült könnyű, szilárd alkatrészek nyomtatása.

3D nyomtatók mint az emberi tudás úttörője

De van más terület is az üzemanyagrendszerek vagy más repülőgép-alkatrészek nyomtatásán kívül, ahol a tudósok és a mérnökök a 3D-s nyomtatást alkalmazzák. Ilyen például a Hold és a Mars településeinek építésének modellezése is.

Kutatják az építőanyagokból (beton, homok és üvegszál keverékek) történő nyomtatás technológiáját, és habár ez még nem került alkalmazásra az építési gyakorlatban, de képes megmutatni a testek jövőbeli elrendezésének lehetséges módját a Naprendszerben.

A lakóépületek 3D nyomtatása jelentősen lecsökkentené a Mars és a Hold gyarmatosításának idejét és módját. Elegendő csak az épületek kulcsfontosságú elemeit oda szállítani, a fennmaradó részeket a helyi alapanyagokból lehetne előállítani a nyomtatók segítségével a jövő kolónia helyszínén.

Ez többek között azért nagyon fontos, mivel a Hold- és Marson leendő épületeket védeni kell az erős, nagyon veszélyes UV-sugárzástól. A Holdon egy regolithnak nevezett anyag áll rendelkezésremíg, a Marson a mindenütt jelen lévő vörös homokot lehetne használni építés céljára. Az űrben történő 3D nyomtatókban sincs semmi új. A Nemzetközi Űrállomáson (ISS) évek óta folytatják a 3D nyomtatás kísérleteket.

A helyettesítő szervek kinyomtatásának módja

A 3D nyomtatás egyre nagyobb figyelmet szentel az orvostudomány területén. Ma már az emberi szervek nyomtatására is használják, mielőtt a műtétbe kezdenének. A vese vagy a máj fizikai modellje segít a sebészeknek a megfelelő bevágási pont és eljárás megválasztásában, és bizonyos mértékig előre megtervezni a műtétet. Az orvosok tomográfiával és más szkennelési módszerrel szereznek adatokat a szervek alakjáról.

A 3D-s nyomtatókat általában ízületi protézisek, fogkoronák és implantátumok készítésére használják. Az egyszerű szövetnyomtatás kísérlete még csak kísérleti szakaszban van, ahol sejtoldatot használnak "tintának". A tudósoknak már sikerült kinyomtatniuk az emberi szív méretarányos modelljét:

A nyomtatott szív tartalmazza az érrendszert és egy pár pitvart és a szívkamrát

A szervnyomás forradalmasítja az antibiotikumok használatát is. Ennek oka az, hogy a beteg immunrendszere sajnos negatívan reagál az élő vagy elhullott donoroktól beültetett szervekre. Ha az immunitást nem gátolják gyógyszerek, antibiotikumok, akkor a test fokozatosan elpusztítja az átültetett szervet. De a beteg saját sejtjeiből kinyomtatott szervek nem mutatnak hasonló reakciót.