Hidrológiai Közlöny, 2022 (102. évfolyam)
2022 / 4. szám
88 Hidrológiai Közlöny 2022. 102. évf. 4. szám Környezetipari célú szűrők kísérleti előállítása 3D nyomtatással Székely István*, Madarász Tamás*, Kémenes Hortenzia** * Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar, Környezetgazdálkodási Intézet, 3515 Miskolc, Miskolc-Egyetemváros (E-mail: hgszi@uni-miskolc.hu, hgmt@uni-miskolc.hu) ** Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar, 3515 Miskolc, Miskolc-Egyetemváros (E-mail: kemenes.hortenzia@student.uni-miskolc.hu) Kivonat Napjainkban a 3D nyomtatás az egyik legdinamikusabban fejlődő eljárás, amit szinte már majdnem minden iparágban előszeretettel és hatékonyan alkalmaznak. Nagyarányú elterjedését a nyomtatáshoz alkalmazható anyagok széles palettája, valamint az egyedi geometriák könnyű tervezhetősége biztosítja. A közleményünk átfogó képet ad a 3D nyomtatás történeti fejlődéséről, működési mechanizmusáról, legismertebb alkalmazási területeiről és a nyomtatáshoz leggyakrabban alkalmazott anyagokról. Az eddig ismert technológiai alkalmazások mellett, jelen tanulmányban bemutatjuk a hazai tulajdonú és az innovatív filamentek (nyomtatókhoz felhasznált anyagok) fejlesztésében nemzetközileg is élenjáró Filamania Kft-vel közösen megkezdett útkeresésünket azért, hogy a még kiaknázatlan kömyezetipari alkalmazások lehetőségét feltérképezzük. Külön fejezetben mutatjuk be azokat a laboratóriumi nyomtatási teszteket, alkalmazott anyagokat és áteresztőképesség vizsgálati eredményeket, amelyeket a Miskolci Egyetem Környezetgazdálkodási Intézet Geotechnikai Talajvizsgáló Laboratóriumában végeztünk. A laboratóriumi vizsgálatok célja az, hogy a 3D nyomtatással tervezhető porozitású és áteresztőképességű mechanikai és fizikai-kémiai filtereket hozzunk létre. Ennek sikeressége érdekében a kutatás kiindulópontjaként ismert receptúrájú filamentek különböző nyomtatási beállításaiból (nyomtatási sebesség, hőmérséklet, kitöltés típusa, irányultsága) eredő paraméterek változékonyságának meghatározása volt a cél. A különböző nyomtatási beállítások mellett tervezett mintatestek porozitásának és áteresztőképességének meghatározásából egy olyan adatbázis készíthető, amely alapján a későbbiekben tervezhetővé válnak a megfelelő mechanikai szűrési tulajdonságokkal és funkciókkal ellátott szűrők. Kulcsszavak 3D nyomtatás, PLA, porozitás, szivárgási tényező, filter. Experimental production of environmental industry fdters using 3D printing Abstract 3D printing is one of the fastest growing technologies of our days and it is being used in almost every industry with great popularity and efficiency. Its widespread application is driven by the wide range of materials that can be used for printing and the ability to easily design unique shapes and features. This article provides a comprehensive overview of the historical development of 3D printing, its operating mechanisms, its best-known applications and the materials most commonly used for printing. In addition to the technological applications known so far, in this study we present our pioneer work started jointly with the Filamania Kft., which is an international flagship company in the development of innovative filaments. Our common goal is to map the potential of yet unexploited environmental applications of 3D printing. In a separate chapter, we present laboratory printing tests, materials used, and permeability test results conducted in the soil testing laboratory of the Institute of Environmental Management, University of Miskolc. The goal of the laboratory tests is to create mechanical and physico-chemical filters with designable porosity and permeability by 3D printing. In order to achieve this, our aim was to determine the variability of parameters resulting from different printer settings (printing speed, temperature, type of filling, orientation, etc.) of filaments with known recipe. Based on the porosity and permeability of the samples designed at different printing settings, a database can be generated, which will allow the design of filter media with appropriate mechanical filtration properties and functions. Keywords 3D printing, PLA, porosity, hydraulic conductivity, filter. BEVEZETÉS A 3D nyomtatás története A 3D nyomtatás története évszázadokra nyúlik vissza, mégis új technológiának tekinthetjük. A mai számítógépes 3D nyomtatás alapjául szolgáló technológiát 1860-ban találta fel Francois Willéme francia festő, fényképész és szobrász. Willéme 24 szögből készített fényképeket tárgyakról, személyekről és így hozta létre a 3 dimenziós hasonmásukat. Az Amerikai Egyesült Államokban Joseph E. Blanther térképész, térben ábrázolt szintvonalas térképeket 1892-ben. Blanther találmányát sok kísérlet követte, de nagy áttörést egyik sem hozott egészen az 1980-as évekig (Horváth és Kurucz 2017). A mai modern 3D nyomtatás prototípusa 1983-ra tehető, amikor Charles W. Hull feltalálta a sztereolitográfiát (SLA). Az eljárás lényege az, hogy UV fényben a folyékony polimerek megkeményednek. 1986-ban megalapította a 3D Systemet, amely a mai napig piacvezető vállalat. 1987-ben megalkották a 3D System SLAl-et, ez volt az első sztereolitográf gép, amelyet már piaci alkalmazás céljára készítettek (Savini és Savini 2015). Hull fejlesztésével párhuzamosan több kutató is foglalkozott a témával, mígnem a Texasi Egyetem kutatója, Carl Deckard 1987-ben megalkotta a lézeres szinterezést (SLS). A találmány lényege, hogy lézersugár segítségével megolvasztja a porszemcséket. Ugyanebben az évben Scott Crump kidolgozta a Fused Deposition Modelling (FDM) eljárást, amely a termoplasztikus anyagok rétegenként történő leválasztásán alapul (https.V/www. 3dsystems. hu/hu/). A 2000-es évek elejéig a magas költsége miatt a 3D nyomtatást csak az iparban használták 2005-ben indult az
