SYGPAST – hybrydowa drukarka 3D do materiałów płynnych

Skonstruowanie wielofunkcyjnej hybrydowej drukarki 3D z systemem kontroli jakości w czasie rzeczywistym

Streszczenie projektu

Głównym celem projektu jest stworzenie prototypu hybrydowej drukarki 3D SYGPAST umożliwiającego kontrolę procesu wytwarzania w czasie rzeczywistym. Urządzenie umożliwi drukowanie z materiałów płynnych i filamentów termoplastycznych w jednym procesie oraz zapewni użytkownikowi otwarty dostęp do modyfikacji parametrów druku, tym samym pozwalając na wykorzystywanie materiałów własnych. Drukarka SYGPAST znajdzie zastosowanie w przemyśle kosmicznym (wymagające komponenty satelitów), lotniczym (drobne oprzyrządowanie turbin), energetycznym (specjalistyczne uszczelnienia), chemicznym i materiałowym (zarówno do walidacji wytwarzanych materiałów, jak i produkcji specjalistycznego osprzętu asystującego w badaniach), oraz wszędzie tam, gdzie utrzymanie ciągłego ruchu maszyn i ich części wymaga ich sprawnej adaptacji do zmieniających się regularnie warunków pracy (przezbrajanie linii maszyn przez wytwarzanie specjalistycznych adapterów, uchwytów i zabezpieczeń).

Rezultat projektu: Technologia druku 3D Sygpast

Dzięki uniwersalności drukarki Sygpast możemy uzyskiwać przestrzenne obiekty o geometriach zwiększających m.in. pojemności baterii lub pozwalając na tworzenie wieloogniwowych baterii z dobrymi subizolatorami pomiędzy poszczególnymi sekcjami. Korzystnym zdarzeniem dla sukcesu projektu jest dołączenie firmy Sygnis do konsorcjum CePT II (w skład którego wchodzą m.in. UW, WUM, Unipress, PW, IBB i inni), w ramach którego powstaje także Laboratorium Prototypowania Ogniw. Zainteresowanie maszynami umożliwiającymi prototypowanie badawcze, a następnie wytwórstwo docelowych produktów magazynujących energię zostało potwierdzone m.in. listem intencyjnym Uniwersytetu Warszawskiego. Rozwój możliwości w zakresie magazynowania energii jest kluczowy w zakresie osiągnięcia wskaźników klimatycznych UE. Badania i rozwój baterii to jedno z kluczowych zagadnień ludzkości w najbliższych dekadach, a Sygpast jest idealnym narzędziem do ich prowadzenia, a w kolejnych iteracjach rozwojowych także do produkcji. Również w tym projekcie interesuje nas współudział w tworzeniu ogniw elektrochemicznych, gdzie zastosowanie będą miały zmieniające się mieszanki materiałowe (nośniki przewodzące) oraz izolatory poszczególnych sekcji (nośniki nieprzewodzące). Przemysł kosmiczny wymaga materiałów o szczególnym dopasowaniu elementów ze względu na ekstremalne obciążenia jakim są one poddawane (m.in. temperatura, promieniowania), a także użyteczność względem masy (istotne jest, aby elementy wynoszone osiągały maksymalne ratio: użyteczność – masa). Stąd m.in. zdaniem specjalistów z DARP statki kosmiczne następnej generacji będą w znacznej mierze wykorzystywać ceramikę z druku 3D w swojej konstrukcji. Także przedstawiciele polskiego sektora kosmicznego określają dedykowane ceramiki o dowolnych kształtach jako jedne z najistotniejszych dla rozwoju polskich satelit. Jedną z kluczowych przewag konkurencyjnych drukarki Sygpast jest system kontroli, który zapewnia stabilność wytwórczą, a także możliwość raportowania błędów i odchyleń (kontrola jakości), wstęp do możliwości certyfikowania jakości. Sygpast jest również unikatowym urządzeniem pozwalającym na działalność badawczo – rozwojową w sektorze naukowym. Zespoły badawcze borykają się z problemem dostępu do maszyn o otwartych systemach parametrycznych, umożliwiających sprawdzenie działania materiałów i domieszek w formach końcowych. W zakresie maszyn przemysłowych istnieją zaawansowane rozwiązania do poszczególnych materiałów, jednakże nie pozwalają one na swobodne badanie i testowanie w kontrolowanych warunkach nowych materiałów. Klienci Sygnis z Wydziałów Materiałów PW, AGH, PWr, Inżynierii Nanomateriałów, Instytutu Wysokich Ciśnień PAN, CMPW PAN Zabrze, IEN, UAM i inni są niezwykle zainteresowani możliwościami testowania nowych materiałów elastycznych, silikonowych, a także domieszkowanych nanomateriałami. Końcowym rezultatem projektu jest technologia druku 3D z systemem kontroli w czasie rzeczywistym (i kompensaty w czasie rzeczywistym) parametrów wydruku oraz maszyna w pierwszej iteracji stosujące wypracowaną technologię – SYGPAST.

Wielkość rynku
Technologia ma zastosowanie podstawowych trzech obszarach:

Tworzenie przestrzennych struktur z dwuskładnikowych materiałów o zadanych parametrach dla przemysłu (m.in. poliuretany)

Tworzenie przestrzennych struktur z materiałów ceramicznych dowolnie domieszkowanych (zależnie od zastosowania) dla przemysłu

Zastosowanie w rozwoju materiałów specjalistycznych w grupach badawczych (maszyna typu research gate)

A. Standaryzacja przemysłowa wymaga pełnej powtarzalności procesów oraz kontroli warunków. Sygpast dzięki wewnętrznej kontroli z kompensatą i raportem wykonawczym zapewnia kontrolowany proces produkcji za pomocą druku 3D. Dzięki temu może stać się częścią linii wytwórczych w wymagających branżach jak przemysł samochodowy, lotniczy czy kosmonautyczny. Mogą być to uszczelki o nietypowej geometrii, buty specjalistyczne, izolatory wrażliwej elektroniki kosmicznej.

B. Procesy powstawania obiektów ceramicznych, czy preceramicznych są obecnie skomplikowane i kosztochłonne. Są również niezbędne w zakresie tworzenia izolatorów energetycznych, promieniotwórczych i temperaturowych. Zapotrzebowanie na takie produkty rośnie na całym świecie, także w dynamicznie rozwijającym się przemyśle kosmicznym, czy energetycznym. Sygpast umożliwia tworzenie nowych jakościowo m.in. satelitów (lepsze dopasowanie izolatorów free-form), czy też nieprzewodzących nośnikowo elementów systemów magazynowania energii. Technologie wytwarzania obiektów ceramicznych o nietypowych geometriach za pomocą druku 3D są czasami jedyną możliwością, a w przypadku porównania z metodami tradycyjnymi są o około 20% tańsze. Jest to dodatkowym ułatwieniem w zakresie wejścia na rynek.

C. Podczas wykładu „Future of Materials” na konferencji Formnext podana została informacja, iż obecnie w samej Europie nad rozwojem materiałów żywicznych, ceramicznych i innych płynnych pracuje blisko 1000 zespołów badawczych. Umożliwimy im testowanie nowych rozwiązań w sposób analogiczny do tego, jak Cellink udostępnił zespołom biotechnologicznym maszynę research-gate BioX (wzrost wartości Cellink w ciągu 4 lat to ponad 900%). Analogie jakie posiadamy do tej ścieżki rozwojowej są następujące: tworzymy maszynę demokratyzującą badania materiałów trudnych (względnie niska cena rozwiązania) oraz posiadamy własne substancje nośnikowe (zrealizowany bon na Innowację z uniwersalnym nośnikiem ceramicznym).

D. Rozwój magazynów energii m.in. według Bloomberg New Energy Finance (BNEF) do 2050 roku 50% światowej produkcji będzie pochodzić z OZE (wzrost o 40% względem roku 2019). Prace badawcze nad bateriami i magazynami energii to jedno z kluczowych zagadnień ludzkości w najbliższych dekadach, a Sygpast jest idealnym narzędziem do ich prowadzenia (w kolejnych iteracjach także do produkcji). Magazyny energii są kluczowe do dokonania transformacji energetycznej.

E. Rynki docelowe opracowywanego rozwiązania mają łącznie wartość od 50 do 80 miliardów dolarów (zależnie od szacunków rozwojów poszczególnych gałęzi).

Obecna wartość projektu

W zakresie nośników nieprzewodzących ukończyliśmy projekt PARP Bon na innowację (wartość projektu ok. 500 tysięcy PLN). Zrealizowaliśmy go wspólnie z Instytutem Energetyki – Instytutem Badawczym, a wyniki pracy badawczej zostały dołączone do projektu Sygpast. Opracowany nośnik dobrze zwilża szeroką gamę proszków ceramicznych, co umożliwia uniwersalne zastosowanie z różnymi materiałami. Prace badawcze wartości 7 670 tysięcy PLN (realizowane w konsorcjum Sygnis SA [lider] oraz Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe). Projekt został wybrany do dofinansowania przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, numer projektu: POIR.01.01.01-00-0438/20, wartość dofinansowania 6 206 000 PLN. Umowa między Sygnis SA a Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym zakłada wyłączność na użytek licencyjny oprogramowania maszyny.