Egy tüdő rendel!

Fotó: shutterstock.com, illusztráció

Képzeljük el a közeljövőt! Megvásároltunk a gyereknek valamilyen, több elemből összeépíthető játékot, és ha elveszíti vagy eltöri valamelyik darabját, már nem kell megrendelni, rosszabb esetben kidobni az egészet, hanem egyszerűen otthon kinyomtatjuk az internetről letöltött digitális modellből a pótlást. A gyorsan fejlődő 3D-nyomtatással már az is reális, hogy ha az autóban tönkremegy valamilyen elem, akkor a megfelelő szaküzletben kinyomtathatják. A Pécsi Tudományegyetemen pedig éppen egy tüdő készül.

Óriási lehetőségeket rejt a 3D-s nyomtatási technológia, bár még mindig keresi a helyét. Az már egyértelmű, hogy ezzel olcsóbban lehet legyártani sok mindent, amiből csak egy-két darabra van szükség. Nem csak prototípusok megalkotásakor jelent ez könnyebbséget, lehet porcokat, fogakat, csontszöveteket nyomtatni, szerveket regenerálni. Lehetőséget ad bonyolult formákra is: a GE90-ben, a világ legnagyobb átmérőjű repülőgép-hajtóművében a munkaturbina lapátjai is így készülnek, mert a bennük lévő hűtőcsatornákat hagyományos gyártási technológiákkal nem lehetne kialakítani.

Gyorsabban és kevesebb munkaerővel húznak fel épületet ilyen módon, 50-70 százalékkal csökkenti az építési időt, és 50-80 százalékkal a szükséges munkaerőt. A Nemzetközi Űrállomásra is vittek már fel nyomtatót, amivel a helyszínen lehet megfelelő eszközöket, berendezéseket, idővel majd építőelemeket legyártani: így ezeknek nem kell feleslegesen olyan strapabírónak lenniük, hogy kibírják a kilövés rázkódását. A 2015-ben gyártott Boeing Airbus A350 XWB személyszállító gépnek több mint ezer nyomtatott alkotóeleme van. Az LSEV nevet viselő, uniós kutatóprogram keretében fejlesztett, 2019-től pedig tömeg­gyártásra szánt elektromos autó minden alkatrésze nyomtatott, leszámítva a vázat, az üvegeket, a kerekeket, a motort és az akkumulátort. A Smartra emlékeztető autó kétezer helyett körülbelül ötven alkotóelemből áll, árát 7500 dollárra tervezik, ami kétmillió forintos összeget jelent.

Érdekes kérdés a fegyvereké: 2013-ban a Defense Distributed cég feltöltött az internetre egy olyan digitális modellt, amellyel tűzfegyvert lehet nyomtatni, a Liberatort. Mielőtt a hatóságok leszedték, pár nap alatt több mint tízezer alkalommal töltötték le. Habár a 3D-re alkalmas házi nyomtatók műanyaggal dolgoznak (a fémnyomtatók nagyon drágák), azért az így előállított fegyverekkel többször is ki tudtak lőni hagyományos, fémből készült golyókat, a neten is van fent erről videó. Azóta sem tudunk róla, hogy valaki nyomtatott fegyverrel követett volna el bűncselekményt, de tény, hogy ezeken nincs sorozatszám, nem lehet beazonosítani őket, és a gyilkos fegyver megsemmisítése is könnyebb az elkövető számára. Többen bizonyították, hogy be lehet csempészni őket intézményekbe, hiszen a fémdetektor által nem láthatók, például egy izraeli újságíró bevitt egy nyomtatott Liberatort az izraeli parlament épületébe – persze lövedék nélkül. 2014-ben két év szabadságvesztésre ítéltek egy japán férfit, aki otthonában 3D-ben nyomtatott lőfegyvereket tartott, illetve azok tervrajzát feltöltötte az internetre. A hazai törvények is tiltják ezt, az amerikai szabályozás megengedőbb. Az elmúlt évek történései azt mutatják: elméletben kockázatos, hogy házilag lehet nyomtatni fegyvert, a gyakorlatban azonban egyéb módszereket alkalmaznak az elkövetők. Például a Charlie Hebdo szerkesztőségében és a Bataclanban történt merényleteknél használt fegyverek engedélyköteles színházi fegyverekből készültek.


Hogyan működik?

A nyomtatókban felhasználható anyagok köre széles: lehet beton, fa, arany, titán, szénszál, csokoládé is. A digitális modell előállítására két lehetőség van, beszkennelhetünk egy meglévő tárgyat – ilyenkor azonban az eredeti tárgy részletgazdasága elvész –, a másik, hogy új formát hozunk létre. Ezenkívül a be­szkennelt formát digitálisan tovább lehet alakítani az eredetihez közelítve. Az interneten rengeteg tervrajz van fent, amiket csak le kell tölteni a nyomtatáshoz.

A nyomtató rétegenként építi fel az adott tárgyat, minél több van ezekből, annál nagyobb a felbontás és a pontosság. Három módszer terjedt el: az egyik a szálolvasztásos, ahol a nyomtató egy előre betöltött műanyag- vagy fémszál megolvasztásával, rétegezésével a tintasugaras nyomtatókéhoz hasonló módon építi fel a tárgyat, ez a legelterjedtebb technika. A másik a sztereolitográfia, amely a folyékony halmazállapotú, fotoszenzitív anyagot szétteríti, majd a szükséges helyeken UV-fénnyel megszilárdítja. Ez lassabb és drágább módszer, viszont pontosabb, továbbá többféle anyagfajtából tevődhet össze a tárgy, egyes részei lehetnek hőellenállóak, mások elektromos vezetők vagy szigetelők. A harmadik a szelektív lézerszinterezés: egy por állagú anyagot nagy teljesítményű lézer olvaszt össze rétegesen olyan pontokon, ahol szükséges. Itt az anyagválaszték szélesebb körű, műanyag, fém, kerámia is lehet, függő alkatrészeket is lehet vele nyomtatni, mert a kész struktúrát oldalról támasztja a nyomtatás során használt por. Hátránya viszont, hogy nem lehet vele üreges, ám teljes mértékben zárt tárgyat nyomtatni, mert a fel nem használt por a testben reked. A legegyszerűbb feladatok ellátására szolgáló nyomtatók már százezer forint körüli piaci áron beszerezhetők, míg a felső határ több tízmilliós nagyságrendben mozog.


Mint régen a fényképészetben

– Sok emléktárgyat rendelnek nálunk, van egy testszkennerünk, amelynek segítségével három percen belül készíthetünk egy digitális modellt valakiről. Sokan az esküvői tortájukra szeretnének saját szobrot, míg a zenészek, színészek promócióként használják. Besétálnak a üzletbe a családok, párok, és megörökítik magukat – mondja Szabadkai Bálint, a Kvint-R Irodatechnikai és 3D Nyomtatási Kft. menedzsere. A cég öt éve foglalkozik professzionális 3D-s nyomtatással, illetve értékesít is különböző technológiákat használó 3D nyomtatókat.

Volt, aki a leánykérés pillanatát imitálta újra, más külföldön dolgozik, és a párját akarja meglepni egy saját magáról készült szoborral. Érkezett az üzletbe turista, aki egy Budapest feliratú pólóba öltözve szeretett volna szuvenírt. Mások jelmezt vesznek fel, például különböző játékok rajongói. Már a Red Hot Chili Peppers dobosa is betért hozzájuk.

Az ilyen típusú szolgáltatások ára – mérettől függően – 18-20 ezer forinttól 65-68 ezer forintig terjed. A figurák egyébként fotorealisztikusak, a nyomtató hatmillió színárnyalatot képes megjeleníteni.

Sokan használják a 3D-s nyomtatást demonstrációs célokra, ha valaki kézzel foghatóvá akar tenni egy elképzelést, akár egy leendő lakópark szétszedhető, megmutogatható koncepcióját. Volt, aki azzal érkezett az üzletbe, hogy az autójában a műszerfalból kitört egy rendkívül fontos alkotóelem, amelyet azonban szinte lehetetlen beszerezni, de másoknak is volt már hasonló problémája, így fent van a neten a digitális modell, csak ki kell nyomtatni.

Szálolvasztásos technikával dolgozó nyomtatót pedig gyakorta vásárolnak például oktatási intézmények, amelyek aztán demonstrációs darabokat gyártanak le, mert olcsóbb előállítani ezeket az eszközöket, mint megvásárolni, a tervek pedig szintén elérhetőek a neten. Ezenkívül szívesen megismertetik a technológiával a diákokat is. Az egyszerűbb szoftver kezelését egy pár órás tanfolyamon meg lehet tanulni, a nyersanyag elég olcsó, illetve maga a technológia is anyagtakarékos, hiszen nem kell belülről is tömör tárgyakat létrehozni, szemben számos hagyományos eljárással.


Mit jelent ez az ipar számára?

A fémporral való nyomtatás drága eljárás – hiszen a fém sokkal magasabb hőfokon olvasztható, mint a műanyag, tehát nagyobb teljesítményű lézerekre van szükség –, fém esetében akkor alkalmazzák a 3D-s fémnyomtatást, amikor olyan bonyolult vagy belső üregekkel rendelkező formáról van szó, amit hagyományos eljárással nehéz vagy lehetetlen lenne kivitelezni. A repülőgépipar ezért a technológia egyik legnagyobb felhasználója.

– 2011-ben alakultunk, az első ipari fémnyomtatót mi szereztük be Magyarországon – mondja büszkén Hatos István, a Széchenyi István Egyetem tanársegéde, az Anyagtudományi és Technológiai Tanszékhez tartozó, szelektív lézerszinterelő laboratórium vezetője. – Gyakorta készítünk, fejlesztünk fröccsöntő szerszámokat, amelyekben úgynevezett formakövető hűtököröket tudunk kialakítani. Ezenkívül olyan prototípusokat is gyártunk, amelyek alkalmasak geomet­riai és mechanikai tesztek elvégzésére.

A szakember szerint a jövőben nagyobb arányban terjed majd a nyomtatás, ahogy egyre inkább ráépül erre a lehetőségre az ipar. Az eszközöket egyelőre a hagyományos gyártási technológiákra tervezik, például tömörnek: az additív eljárásokkal egy belső rácsszerkezet is elég lehet, így a tárgy súlya is csökken. Gazdaságosabb lesz a például a pót-autóalkatrészek kérdésköre is, ha a gyártónak nem kell előre elkészítenie és raktároznia őket, hogy aztán évekig álljon benne a pénz.

A Metris 3D Kft. pedig méréssel is foglalkozik, vagyis ellenőrzik is a nyomataik pontosságát, egytized milliméternél nagyobb eltéréssel rendelkező felületű anyagot nem adnak ki a kezükből.

– Nyomtattunk speciális, szénszálas burkolatot kisszériás motorhoz, egyedi burkolati elemet egy kisrepülőgéphez, sablonokat, például hajócsavar öntőformáját. De volt rá példa, hogy egy vonat­ülést kellett kompletten elkészítenünk 90 kilogrammig terhelhető prototípusként, vagy MIG-29-es repülőhöz egyedi botkormányburkolatot, old timer autóhoz alufelnit – sorolja megbízásaikat Thurzó Miklós tulajdonos. – Egyelőre az összes nyomtatógyártó küszködik a pontosság problémájával. Én úgy látom, az anyagszerkezet erőssége sem teljesen kielégítő a fémek esetében ahhoz, hogy teherviselő alkatrész, fő szerkezeti elem válhasson belőlük. Ugyanakkor egyedi formáknál, illetve szerszámoknál mindenképpen van létjogosultsága ennek a technológiának. Szerintem 15 év múlva lesz olyan szinten, hogy otthon kinyomtathassunk egy kenyérsütőt, ha szeretnénk.


Egyénre szabott gyógyulás

A Pécsi Tudományegyetemen uniós támogatásból indult március végén a PTE 3D Projekt. Ennek keretében kutatás, fejlesztés és szolgáltatás is zajlik, műszaki, egészségügyi, természettudományos, közgazdasági és művészeti területeken egyaránt.

Mind a három alaptechnológiát alkalmazzák, dr. Maróti Péter innovációs vezető elmondása szerint egészségügyi téren az egyik legjelentősebb munkájuk, hogy egy felső végtagot tornáztató – ujjakat mozgató – robot fejlesztésébe kapcsolódtak bele, amely stroke-betegek számára készül, Phoenix Orthozis néven. Az eszköz váza egyedi méretekre tervezett, most öt prototípust gyártanak le – kettő már kész is van –, és amennyiben ezek funkcionális tesztjei pozitívan zárulnak, megkezdik a sorozatgyártási folyamatot, szintén ezzel a technológiával.

Saját kutatás keretében ezenkívül myoelektromos – a vezérlőjelet az izmokból nyerő – végtagprotézisekkel is foglalkoznak, itt a cél az, hogy minél költséghatékonyabb eszközöket hozzanak létre. Ez a koncepció egy éven belül a rászorulókhoz is eljuthat. Van egy exo­skeleton fejlesztésük is, egy partnercéggel közösen, az Axosuits, amellyel a súlyos mozgásszervi betegségekben szenvedők mindennapi élete válhat könnyebbé.

A központban két különleges bionyomtató is működik: ezekben az alapanyagot sejtek adják, illetve az azokat megtartó támaszték, ez utóbbi egy olyan közeg, amelyben a sejtek képesek életben maradni. Az emberbe ültethető implantátumok gyártása magas szintű jogosultsággal rendelkező, speciális laboratóriumokban lehetséges, Pécsen kísérletekre is van lehetőség: például a betegséget kiváltó környezeti okok molekuláris szintű tanulmányozására, a betegségfolyamatok megismerésére. Jelenleg egy tüdőt fejlesztenek, amin a daganatos, gyulladásos és fibrotikus betegségek molekuláris hátterét fogják vizsgálni, illetve a tüdő öregedését. A betegségek gyógyításában fontos célmolekulák meghatározásához és a gyógyszerek teszteléséhez is hozzájárul egy ilyen organizmus, ezáltal is csökken a klinikai első fázisú gyógyszerkipróbálásban rejlő kockázat, illetve az állatkísérletek száma már mérséklődött is a technológiának köszönhetően.

Dr. Gasz Balázs, a klinikai munkacsoport vezetője arról tájékoztatta lapunkat, hogy ezenkívül olyan, egyedi anató­miai, patológiai viszonyokat megjelenítő modellek létrehozására van lehetőségük, amelyeken gyakorolhat a sebészcsapat a műtét előtt.

– Ha például egy szívkamra falán kialakult tágulatot kell lezárni folttal, akkor ennek a méretét, elhelyezkedését sokkal pontosabban meg tudjuk tervezni sablonnal, illetve szimulálhatjuk is a későbbi viselkedését, modellezhetjük a működését – mondja Gasz Balázs. – Korábban a sebész a tapasztalatai alapján döntötte el, milyen irányban történjen a méretezés, a vágás, hogyan alakítsák ki a használt anyagokat és eszközöket. Most már mérnöki tervet készítünk.

– Öt egyetemi kar dolgozik itt közösen, egyértelműen interdiszciplináris intézmény jött létre – mondja dr. Varga Péter, a PTE3D Projekt stratégiai vezetője. – Számos ipari megbízásunk és saját kutatásunk van, a megnyitó után szinte azonnal megközelítettük a kapacitásaink határát. E technológia egyértelmű sikere annak köszönhető, hogy különböző tudományterületek képviselői, mérnökök és kutatóorvosok folyamatosan jelleggel működnek együtt.

Lapszám: