A nano-3D-s nyomtatás olyan kötőanyagot használ, amelyet fókuszált lézersugárral szilárdítanak meg. A lézerfókuszt kitéríthető tükrök segítségével pozicionálják szilárd polimer alapú hordozón csupán néhány száz nanométeres területen, ami lehetővé teszi homokszemcse-méretű „3D-s szobrok” létrehozását. A nyomtatás sebessége a korábbi módszerekkel a másodpercenkénti milliméteres nagyságrendbe esett, a mostani áttöréssel ezzel szemben 5 méteres nyomtatási sebességet értek el egy másodperc alatt, ami világrekordnak számít a kétfotonos litográfiában (litográfia: 3D-s nyomtatás 150 nm hullámhosszúságú tartományban).

Az újfajta 3D-s nyomtató megalkotásához eddig nem létező módszereket kellett kidolgozni, mint például a félig áteresztő tükrök vezérlése és mozgatása. A gyorsítási és lassítási periódus rendkívül finom hangolására volt szükség az új sebességrekord felállításához.

A 3D-s nyomtatás nem csupán a mechanikai tervezésről szól, kémiai módszereket is alkalmaz: a vivőréteg olyan molekulákat tartalmaz, amelyeket a lézersugár aktivizál, megindítva a láncreakciót az anyagszerkezet többi összetevőjében, a monomerekben, így megszilárdítva a nyomtatandó 3D-s felületet. Az aktiválómolekulák csak akkor lépnek működésbe, ha egyszerre két lézersugár-fotonnyalábot nyelnek el, ezért hívjuk ezt a módszert kétfotonos litográfiának (nyomtatásnak). Ez a kétfotonos láncreakció egyedül a lézersugár fókuszában jön létre, ahol az intenzitás a legmagasabb.

Digitalizálás gyártásfejlesztéshez

Összehasonlítva a hagyományos 3D-s nyomtatási technológiákkal, az új fejlesztéssel bárhol folytathatjuk a 3D-s nyomtatást a munkadarab szabad felületén, míg korábban egybefüggő, maximum 7 µm vastagságú, függőleges elhelyezkedésű síknyomatokból építették fel rétegenként a 3D-s munkadarabot. A 3D-s prototípus alapját mindkét módszer esetén többek között a Metris 3D kínálatában szereplő szkennerekből nyert pontfelhő és az abból készült testmodell vagy paraszolid adja.

Autóipari minőségbiztosítást, geometriai mérést, ellenőrzést is végző 3D-s CMM koordinátamérő gépre szerelt Nikon Metrology lézerszkennerekkel legalább ±2,5 μm pontmérési pontossággal, nagy sebességű (100 000 pts/s) szkennelések készülnek szinte bármilyen felületről, fémről, műanyagról színtől és reflektivitástól függetlenül. Az így nyert pontfelhőből néhány kattintással 3D-s testmodell lesz, amelyből a 3D-s nyomtató kézzel fogható prototípust nyomtat különböző szilárdságú anyagokból. Ezek a funkcionális munkadarabok képezik a prototípusgyártás alapját, ahol fizikai valójukban tesztelhetők, mérhetők, vizsgálhatók a különböző szerelt alkatrészek az új termékben. Erre korábban nem volt lehetőség ezért a tesztmérnökök kénytelenek voltak elméletben ellenőrizni, később számítógépekkel szimulálni egy-egy új fejlesztésű alkatrész funkcionalitást.

3D-s fejlesztés- és méréstechnikai ellenőrzés

Az ipar több területén használnak már ultramodern optikai és tapintó-mérő Metris 3D gépeket. Egy hibás termék kiszűrése esetén a gyártás során többször előfordul, hogy a tervező és az ellenőrzést végző mérnökök vitába szállnak, eldöntendő, hogy a hibás darab tervezési vagy gyártási hiba következménye-e. A mérnöki vita eldöntése gyakran Metris 3D mérőgéppel történik.

Ekkor a hibás darab geometriai jellemzőit optikai multiszenzoros géppel, 3D-s koordinátamérő géppel vagy mérőkarral minden egyes ponton bemérjük és meghatározzuk annak hasonlóságát a tervezőasztalon megálmodott 3D-s CAD modell jellemzőivel. Ha a gyártástechnológiához szükséges, változtatásokat is javaslunk, módosítjuk a testmodellt, majd kinyomtatjuk az így kapott új 3D-s prototípust, lehetővé téve a további tesztelést.

Hogy mikor melyik ellenőrző berendezést javasoljuk gyártástechnológiai tervezésre, ehhez fontos eldönteni, hogy a 3D-s prototípusgyártás előtt vagy termelés közben bemért vizsgált alkatrésznek milyen a pontossága, a befoglaló mérete, illetve mobil vagy fix telepítésű mérő- vagy szkennelőberendezésről van-e szó. De tudnunk kell azt is, hogy CAD modell szerint mérünk, vagy sztenderd kiirányítást használunk a 3-2-1 módszerrel.

Az ipari forradalom hajnalán bonyolult kaliperekkel és hosszmérési módszerekkel próbálták lemásolni a fizikai valóságot. Ma már rendelkezésre állnak olyan 3D-s térszkennnerek, amelyek fázislézeres elven működnek. A lézer-háromszögeléses szkennelési eljárás kisebb darabok szkennelésére hivatott, míg a térszkenner a fázisnyalábok kiolthatatlansága miatt messzi távolságokat is képes pásztázni 18–500 m átmérőben is. Segítségével komplett buszokat, gyrokoptereket szkennelünk 0,1 m térbeli pontossággal.

Visszafejtés CAD-es modellé

Nem ritka vevői kérés egy már létező prototipizált termék vagy jármű körbeszkennelése és 3D-s visszafejtése CAD modellé. Később számítógépes utómunkával elkészíthető a jármű karosszériájának és főbb alkatrészeinek terve, amely azonnal gyártásba küldhető. 3D-s CAD modellekből egyszerű eljárással kimarhatók a kompozit karosszériaelem negatív formái, az öntészeti vagy más egyéb gyártástechnológia alapját képező szerszámok.

A 3D-s nyomtatás, szkennelés viszont nem csupán a gépgyártás, prototípusgyártás területén terjedhet el, hanem mindennapi életünk részévé is válhat, hiszen gondoljuk csak el, mi történne, ha elveszett lakáskulcsainkat újranyomtathatnánk. Ehhez hasonló feladatokra máris fellelhetők különböző kis költségű újítások, pontosságuk azonban még nem teszi lehetővé az otthoni felhasználást. De ki tudja, mit hozhat a holnap?