Az origami és a 3D nyomtatás fúziója gyorsabb és olcsóbb gyártást eredményez

A papírhajtogatás ősi művészete, az origami adta az ihletet az amerikai Energiaügyi Minisztérium Oak Ridge-i Nemzeti Laboratóriumának (ORNL), hogy a tudósok alapjaiban gondolják újra az ipari alkatrészek gyártását. Az additív gyártástechnológia legújabb áttörése lehetővé teszi, hogy komplex, hibrid kompozit szerkezeteket hozzanak létre méregdrága és merev öntőformák használata nélkül. Az eljárás során különféle erősítőanyagok keverékéből álló alapanyagokat használnak, ami a korábbinál jóval könnyebb, költséghatékonyabb és gyorsabban előállítható szerkezeteket eredményez.

A hagyományos kompozitgyártás során a legnagyobb kihívást a hosszú átfutási idő és az öntőformák magas költsége jelenti, ami jelentősen korlátozza a tervezői szabadságot. Az új módszer ezzel szemben olyan folyamatot alkalmaz, amely síkban nyomtatja ki az alkatrészt – ezt aztán a kívánt 3D formára lehet „összehajtogatni”.

Az innovatív megoldás lehetővé teszi, hogy egyetlen terven belül ötvözzék a rugalmas és a merev építőelemeket.

Steven Guzorek, a projekt vezető kutatója az ORNL közleményében hangsúlyozta: az origami-elvek alkalmazásával javítják a nagyméretű szerkezetek gyártásának hatékonyságát, és olyan formákat hoznak létre, amelyeket a hagyományos módszerekkel lehetetlen lenne elérni.

Az innováció technikai alapja egy nagy szilárdságú szövet – például nejlon vagy üvegszál –, amelyre kötőréteget visznek fel a tapadás biztosítása érdekében. Erre kerül további egy, szénszállal erősített műanyagból vagy speciális gyantákból álló réteg. Az anyagok molekuláris szinten kötődnek egymáshoz, így rendkívül stabil kapcsolat jön létre. „Az anyagtudományi ismereteinkre támaszkodva olyan összetevőket választottunk, amelyekről tudtuk, hogy hatékonyan kapcsolódnak egymáshoz, így egy valóban egységes alkatrészt kaptunk” – fejtette ki Guzorek.

A technológia egyik legnagyobb előnye, hogy a nyomtató fizikai méreteinél is nagyobb tárgyak készülhetnek, ami jelentősen csökkenti a beruházás költségét.

Egy tesztnyomtatás során a kutatók megállapították, hogy egy egyedi tervezésű darab esetében az öntőformák elhagyása 95 százalékkal csökkentette a gyártási időt, a költségeket pedig 90 százalékkal mérsékelte a hagyományos eljáráshoz képest. Az új irányvonal megszünteti a nehézkes öntőformák tárolásának kényszerét és támogatja a gyors bevethetőséget is.

A kutatócsoport következő célja az, hogy a megoldást skálázhatóvá tegyék az ipari szereplők számára. Ennek érdekében az intézmény szabadalmi kérelmet nyújtott be a technológiára.

Gábor János, NEW technology