Az utóbbi évek során egyre többet lehet hallani a 3D technológiáról mint fejlődő ágazatról, ám nagyon kevesen tudják, mit is takar egészen pontosan a kifejezés. A technológia a ’80-as években került kifejlesztésre, azonban a „hozzáadásos gyártás” (additive manufacturing) és a térbeli modellezés alapjai a 19. századig nyúlnak vissza. Azóta a 3D nyomtatás legszélesebb körű alkalmazása elterjedt a különfélébb ipari szektorok, egészségügy, oktatás és szolgáltatói piac világában.

Dr. Maróti Pétert, a PTE Általános Orvostudományi Kar egyetemi adjunktusa és a PTE 3D Központ innovációs vezetőjét kérdeztük, hogyan működik a 3D nyomtatás és milyen hatásai lehetnek környezetünkre, a klímaváltozás elleni küzdelemben, és a jövőre nézve.

Hányféle 3D nyomtatási technológiát ismerünk és használunk ma, és ezek között mi a különbség?

– Felhasználási területtől függően számtalan eltérő 3D nyomtatási technológia áll a mérnökök, kutatók, más szakemberek és hobbi barkácsolók rendelkezésére. Az elmúlt évtizedekben a piacon dinamikus fejlődés zajlott, ennek eredménye, hogy az egészen egyszerű, szálhúzásos asztali gépektől (FFF-Fused Filament Fabrication) kezdve a komoly, ipari minőséget biztosító, több tonnás berendezésekig rengeteg megoldással találkozhatunk. Átfogó bemutatásuk meghaladja egy rövid interjú lehetőségeit, ezért csak a legismertebbekre térünk ki.

Az egyes technológiák eltérnek a 3D nyomtatás folyamatának kivitelezésében – tehát amikor az egyes rétegeket a berendezések „egymásra helyezik” és felépítik az adott objektumot –, valamint a felhasznált alapanyagok tekintetében is. A legegyszerűbb és leghétköznapibb példa, amikor otthoni, asztali 3D nyomtató különböző műanyag szálakat olvaszt meg, ezt helyezi el rétegről-rétegre a nyomtatótálcára. Alapanyagválasztéka igen széles, sok hőre lágyuló műanyagot képesek feldolgozni. Ipari minőségű, professzionális kivitelben is forgalmazzák ezeket a gépeket, jellemző, hogy ezen eljárások esetében magasabb olvadáspontú és kedvezőbb mechanikai tulajdonságokkal rendelkező kompozitokat használnak, akár szálerősítés – például karbon vagy kevlár – alkalmazásával is.

Egy másik népszerű eljárás, amikor a 3D nyomtató fényre szilárduló műanyagokkal dolgozik, ezt nevezik úgynevezett fotopolimeres eljárásnak. Funkcionális alkatrészeknél és komplex modelleknél alkalmazzák a szelektív lézer szinterezést (SLS), mely során nagyon finom por állapotban lévő polimert olvasztanak össze nagy teljesítményű lézerekkel. Fontos megjegyezni, hogy más eljárásokkal nem csak műanyagok, hanem különböző fémek, ötvözetek is nyomtathatók, sőt az úgynevezett bioprinting területén élő sejtek „kinyomtatása” is megvalósítható már.

Felhasználás tekintetében a skála szintén igen széles. A 3D nyomtatás kedvelt eljárás a gépgyártásban, építészetben, orvostudományi- és biotechnológiai alkalmazásokban, de találkozhatunk ilyen berendezésekkel a konyhaművészetek berkein belül is. Értelemszerűen mindegyik alkalmazási terület más- és más pontosságot, anyagminőségi követelményeket, mérettartományt és biokompatibilitási szintet kíván meg, ennek is köszönhető a 3D nyomtatási technológiák széles palettája.


Mik azok a filamentek és hogyan érdemes kiválasztani a megfelelőt? Más anyagot is lehet használni?

– A filamentek műanyag szálak, melyet az úgynevezett szálhúzásos 3D nyomtatási eljárások során alkalmaznak. A kisebb, hétköznapi célú berendezések jellemzően ABS, PLA, HIPS és TPU alapanyagokat vagy ezek kompozitjait alkalmazzák, lényeg, hogy nagyjából 250-260 °C-os olvadáspontig képesek kezelni ezeket az anyagokat.

(ABS műanyagból készülnek például a LEGO-kockák, de az elektronikai műszerek borítására is ezt használják. PLA egy biológiai úton lebomló, növényekből előállított műanyag: leggyakrabban eldobható, egyszer használatos tárgyakat készítenek belőle úgy, mint evőeszköz, pohár, tányér stb. A HIPS a polisztirén módosított, ütésálló verziója, ilyen például a mélyhűtőzacskó vagy a csomagoló anyag. A TPU-t kellemes tapintásának köszönhetően alkalmazzák az autók műszerfalai, lábbelik és a mobiltelefon külső tokjának felhasználásánál is. – a szerk.)

Ipari minőséget képviselő társaik ennél magasabb hőmérsékleti tartományban is képesek nyomtatni, ezért például a gépészeti és orvostudományi területen egyaránt kedvelt PEEK nyomtatása is megvalósítható ezen berendezésekkel. (PEEK: poli-éter-keton a nagy teljesítményű anyagok csoportjába sorolható, részben kristályos szerkezetű, kiváló hőállóságú műanyag, olvadáspontja körülbelül 335 °C. – a szerk.)

Az alapanyagválasztásnál figyelni kell arra, hogy mi a felhasználás pontos célja, tehát ennek megfelelően kell kiválasztani a megfelelő mechanikai és szerkezeti tulajdonságokkal rendelkező polimert, kompozitot. Fontos szempont lehet, milyen rétegvastágban érdemes nyomtatni, és persze egyes esetekben a szín is lehet fontos tulajdonság. Ismertek fém- vagy fa, esetleg kőporral kevert, vagy áramvezető tulajdonsággal rendelkező változatok is.

Hogyan segítheti a technológia a klímaváltozás elleni küzdelmet?

– A kérdés összetett, és saját szakterületemhez nem kapcsolódik, ezért csak impressziót, magánvéleményt tudok róla formálni. A 3D nyomtatási eljárások esetében vannak alapanyagok, melyek újrahasznosított hulladékból készülnek, illetve egyes felhasznált biopolimerek eleve kevés terhelést jelentenek a környezetnek, hiszen káros melléktermék nélkül lebomlanak. Másik oldalról tekintve, a 3D nyomtatás átszervezi az áruforgalmat is, hiszen számos termék, berendezés helyben gyárthatóvá válik, nincs szükség jelentős logisztikai háttérre, áruszállításra mely környezetkímélő hatású. Azonban nem szabad elfelejteni a gépek és alapanyagok gyártása során fellépő esetleges környezetterhelést, valamint a gépek viszonylag magas áram-igényét. Véleményem szerint többek között ezen hatások összessége határozza meg a 3D nyomtatás technológia környezetre gyakorolt hatását, és több egyelőre ismeretlen faktor hosszútávú hatásait nem is ismerjük még.

Jelenleg házakat képesek nyomtatni ezzel a technológiával, és felhasználják arra is, hogy a növényi alapanyagokból készült “műhús” textúrája hasonlítson az eredetire. Ráadásul az egészségügyben is nagy hasznát veszik. Ön mit gondol, milyen jövő vár a 3D nyomtatásra?

– A technológia valóban széleskörű felhasználásnak örvend. Kiválóan alkalmazható modellezésre, prototípus gyártásra és kis-szériás gyártásra egyaránt. A különböző iparágakban egyre népszerűbb, és a bekerülési költségek csökkenésével egyre inkább elterjedtté válhat. Ami jelenleg is szembe tűnő, hogy a területen jelentős és izgalmas fejlesztések zajlanak hazai és nemzetközi szinten egyaránt, mind az egyes eljárások, alapanyagok és felhasználási területek tekintetében.

Bármilyen alakot ki lehet nyomtatni vagy vannak határok még? Feltétlenül szükséges 3D modellező ismerete a nyomtatáshoz?

– A megfelelő technológia alkalmazásával szinte bármilyen térforma előállítható, de természetesen nem szabad megfeledkezni a helyes utókezelésről, valamint a szubsztraktív eljárások fontosságáról sem. Ezek sok esetben utómegmunkáláshoz és a végső forma, funkció eléréséhez elengedhetetlenek.

Manapság elérhetők nyílt, szabad hozzáférésű online 3D modell adatbázisok, melyekben nyomtatásra kész fájlok találhatók, illetve léteznek nagyon egyszerű, felhasználóbarát 3D modellező szoftverek is, melyek a napi szintű igényeket a hobbi felhasználók számára maximálisan képesek kielégíteni. Tehát a 3D nyomtatás megismeréséhez, kipróbálásához és otthoni alkalmazásához nem kell profi 3D modellezőnek lenni, azonban az ipari környezetben elengedhetetlen a professzionális szoftverek használatának ismerete.


Mennyi idő kell, hogy ez a technológia a hétköznapi emberek számára is megfizethető kategóriába essen, ahogyan az történt a 2D-s nyomtató esetében is?

– Jelenleg már néhány tízezer forinttól – tehát egy 2D-s nyomtató áráért – elérhetők az egyszerűbb berendezések, nagyobb műszaki áruházakban és webshopokban kaphatók is.

Kutatások szerint a jelenlegi otthoni nyomtatók használata jelenthet egészségügyi kockázatot, tekintve például az ultrafinom részecskék belégzését. Milyen óvintézkedéseket tehetünk?

– Vannak irodalmi adatok, melyek vizsgálják – főleg a szálhúzásos nyomtatóknál – az esetleges egészségre gyakorolt hatásokat. A publikációkban a 3D nyomtatási folyamat során keletkező részecskék, partikulomok levegőbe majd légutakba kerülésének lehetőségét vetik fel, melyek a megfelelő védőeszközök rendeltetésszerű használatával egyébként teljes mértékben kiküszöbölhetők. Amennyiben a felhasználó betartja a megfelelő biztonsági utasításokat, gondoskodik a megfelelő szellőzésről és légcseréről vagy légszűrésről, az eljárás veszélytelen az egészségre. Természetesen, mivel egy gyorsan fejlődő területről van szó, elengedhetetlen az egyes alapanyagok, eljárások körültekintő és folyamatos vizsgálata, és fontos, hogy hosszabb távon megfelelő kísérletes és klinikai eredmények is rendelkezésre álljanak.