Kutatási témák

Szub-mm-es struktúrák 3D nyomtatása

Az AGY fejlesztések egyik iránya a miniatürizálás, amelynek célja, hogy minél kisebb méretben legyünk képesek létrehozni digitálisan megtervezett testeket. Erre a sztereolitografikus nyomtatás a legalkalmasabb AGY technológia, amelynek alapanyaga egy UV fényre polimerizálódó folyékony műgyanta, amelyet egy lézer lefókuszált fénye szilárdít meg a nyalábot mozgató tükörrendszer által a folyadékfelszínen precízen kijelölt területeken. A szub-mm-es mérettartományban azonban már ezen AM technológia is korlátokba ütközik. Ezért vizsgáljuk, hogy milyen geometriai eltérések jelentkeznek a kinyomtatott testeken azok tervezési alakjához képest. A geometriai eltéréseket az őket kialakító hatások szerint csoportokba soroljuk, az eltérés mértékét jellemezzük.

AGY tervezési metodikák és protokollok meghonosítása és fejlesztése

Az AGY egy új gyártási technológia, amelyet a tradicionális megmunkálási technológiáknál kevesebb korlát köt. Megvannak azonban saját tervezési metodikái, s nem csoda, hogy az AGY előnyeit csak úgy lehet maximalizálni, ha ezeket a korlátokat pontosan ismerjük és elérésükhöz szükséges tervezési protokollokat követjük, illetve folyamatosan fejlesztjük. A SzTE 3D Központ berendezései ezért a lehető legnagyobb „nyitottsággal” bírnak és a nyomtatási paraméterek széles skálán történő változtatásával támogatják mind a metodikafejlesztést, mind pedig a nyomtatványok tulajdonságainak optimálását. Ezen a téren éppúgy foglalkozunk referencia minták nyomtatásával és a nyomtatási paraméterek hatásának tanulmányozásával, mint pl. a generatív dizájnnal, illetve a tárgyak funkciójához illesztett tervezés problémakörével.

Archimatok és funkcionálisan gradiens anyagok előállítása és tulajdonságainak vizsgálata

Az anyag szerkezetének tulajdonságokra gyakorolt hatása a szerveződés alacsonyabb szintjein már régóta ismert: a minta kémiai, illetve fázisszerkezete döntően befolyásolja az anyag makroszkópikus tulajdonságait. Az angol nyelvterületen “architectured material” (vagy rövidítve archimat) megnevezést olyan szerkezetek jelölésére használják, amelyek tulajdonságát az anyag szemcseszerkezeténél nagyobb, de az adott tárgy méreténél több nagyságrenddel kisebb mérettartományba eső belső szerkezet határoz meg. Archimatokat alapvetően két módszerrel lehet létrehozni: homogén anyagból álló porózus rácsstruktúra alkotásával, vagy ténylegesen inhomogén viselkedés kialakításával (pl. folytonos szerkezeti, és/vagy összetételbeli változás révén) – utóbbi alcsoportot nevezzük funkcionálisan gradiens anyagoknak. Az archimatok vizsgálatát a közelmúltig korlátozta, hogy előállításuk csak ritkán volt megoldható. Mára a 3D nyomtatás “természetes” technológiát jelent az archimatok előállítására. Az archimatok viselkedésének megértése újabb lehetőséget teremt az anyagtudomány számára; egy eddig nem vizsgált szinten téve lehetővé az anyagi tulajdonságok hangolását. Ezért foglalkozunk archimat szerkezetek tervezésével, viselkedésük szimulációjával, 3D nyomtatással történő előállításukkal és tulajdonságaik kísérleti vizsgálatával.

Az AGY egyes technológiai folyamatainak szimulációja

Az AGY folyamatainak megértése mindmáig intenzíven kutatott terület. A nyomtatás során lejátszódó jelenségek megismerésének egyik fontos eszköze a számítógépes szimuláció. Ezért az SzTE 3D Központban is foglalkozunk folyamatszimulációval, természetesen technológia függő módon. Első eredményeink a sztereolitografikus technológia terére esnek, ahol a szub-mm-es skálán megjelenő geometriai eltérések keletkezését, jellegét és azok egyes függéseit írjuk le és magyarázzuk egy fotopolimerizációs modellel. Kooperációs jelleggel tervezünk foglalkozni a szálolvasztásos technológia során a hotend termofizikai és áramlástani végeselemes szimulációjával, elsősorban azzal a céllal, hogy ezen széles körben elterjedt nyomtatási technológia kézben tarthatóságát, illetve a nyomtatványok tulajdonságainak reprodukálhatóságát javítsuk.

Az AGY alkalmazása élet-, természet-, gyógyszerész- és orvostudományi területekről érkező kihívások megoldására

Az SzTE 3D Központjának fontos feladata hogy az AGY nyújtotta új lehetőségek segítségével támogassa az Egyetemünk karain folyó K+F és oktatói munkát, valamint Partnereink fejlesztési elképzeléseit.

Futó fejlesztéseink közül két példát említünk:

1. Az idegsejtek növekedésének befolyásolása egy intenzíven kutatott neurológiai terület. Ezen belül olyan 3D nyomtatott mikrocsatornák, illetve mikrocsatorna rendszerek fejlesztésén dolgozunk, amelyek segítségével a neuronok növekedési iránya irányítható.

2. Érdekes gyógyszerészeti alkalmazás a mikrotű mátrixok 3D nyomtatása, amellyel bőr-, illetve nyálkahártya felszíneken történő gyógyszerbevitel valósítható meg, nagy felszívódási hatékonysággal és akár páciens függő lokalizációval.

Az ilyen szerkezetek 100 mikrométer körüli és alatti méretei – nagy geometriai hűséggel párosulva – kihívást jelentenek még a legnagyobb térbeli feloldással rendelkező 3D nyomtatók számára is.

3D technológiáink a makroszkópikus méretskálán is segítik élettudományi megoldások vizsgálatát és kezelését.

1. A légzésmechanika területén futó kooperációs projektünk célja a klinikumban alkalmazott lélegeztetési eljárások optimalizálása, a szövődmények rizikójának csökkentése (COVID). Az AGY eszköztára kiváló lehetőséget biztosít számunkra standardizált felső és alsó légúti modellek kifejlesztésére, és in silico szimulációk validálására.

Térbeli anatómiai információk kinyerése és nyomtatásra történő előkészítése, automatizálása