Sissejuhatus
3D-printimine pole 2017. aastal uus, kuid sel aastal tõukasid teadlased näiliselt ulmetehnika piire, printides keerukaid detaile nõudvaid objekte - näiteks vastsündinu elutruu mudel ja mikroskoopiline kaamera - ning samuti valmistatud esemeid materjalidega, mis võivad tunduda üllatavad, sealhulgas juust ja klaas.
Tutvuge 2017. aastal 3D-printimisega lahedaimate ja kookiimate asjade ülevaatega.
Kutsika mask
4-kuulisest Staffordshire'i bullterjerikutsikast sai esimene patsient, kes kasutas uut 3D-trükitud maski, mis aitab tõsistest näovigastustest toibuda. Kutsika parem põsesarna ja lõualuu, samuti tema temporomandibulaarne liiges (liigend, mis ühendab lõualuu luu koljuga) purunesid, kui teine koer teda ründas.
Kutsikal nimega Loca vedas, et ta saabus California ülikooli Davise veterinaarmeditsiini kooli, kus ülikooli loomaarstid olid teinud koostööd UC Davise tehnikakõrgkooli kolleegidega koerte maski "Exo-K9 Exoskeleton" väljatöötamisel. . Loca oli ideaalne patsient, et seda tehnoloogiat testida.
Esiteks skaneerisid insenerid Loca kolju, et kujundada kohandatud mask, mis trükiti seejärel 3D-printeriga. Mask hoidis Loca murdunud näo luud paigas samal viisil kui valatult hoitud käe või jala luumurrud. Kuu aja jooksul sai kutsikas süüa kõva koore ja 3-kuuline kontroll näitas, et temporomandibulaarliigend paranes ootuspäraselt.
Hiire munasarjad
3D-prinditud munasarjadega varustatud emane hiir sünnitas Chicagos Feinbergi meditsiinikoolis Loodeülikoolis läbi viidud katses terved pojad.
Tulemus sai läbimurde, kuna see võib ühel päeval pakkuda uusi viise inimeste viljatuse raviks, ehkki vaja on palju rohkem uuringuid. See võiks olla eriti kasulik naistele, kelle munasarjad on vähiravi tõttu kahjustatud, väitsid teadlased.
Kasutades 3D-printimise tehnoloogiat, lõid teadlased keeruka poorsed tellingud, mis olid valmistatud želatiinist. (Želatiin on teatud tüüpi kollageen, looduslik valk, mida leidub inimkehas suurtes kogustes.) Seejärel asustati struktuur teise hiire munasarjarakkudega. Teadlased testisid enne konkreetsele kujule maandumist mitmesuguseid pooride vorme, mis andsid munasarjarakkudele õige koguse tuge.
Katse oli edukas: implanteeritud rakud hakkasid käituma nii, nagu loomulike tervete munasarjade rakud tootksid hormoone, mis juhivad hiire paljunemistsüklit. ja võimaldades sellel rasestuda.
Elamu
Esimene 3D-prinditud elumaja ehitati Moskva äärelinnas vähem kui 24 tunni jooksul märtsis. Stuudiolaadse 400-ruutmeetrise (37 ruutmeetri) kodu seinad trükiti Moskva peakontori startup Apis Cori välja töötatud mobiilse ehitusega 3D-printeri abil.
Üksikute betoonpaneelide printimise asemel, mis hiljem käsitsi kokku monteeritakse, trükkis 3D-printer seinad ja vaheseinad ühe täielikult ühendatud konstruktsioonina, võimaldades maja ebaharilikku ümmargust kuju.
Katus, uksed ja aknad olid ainsad komponendid, mille inimtöötajad hiljem paigaldasid. Prototüübi maja maksis umbes 10 134 dollarit ehk 25 dollarit ruutmeetri kohta (275 dollarit ruutmeetri kohta). Kõige kallimad komponendid olid arendajate sõnul aknad ja uksed.
Ettevõtte arvates võiks 3D-printimine muuta ehituse mitte ainult märkimisväärselt kiiremaks, vaid ka keskkonnasõbralikumaks.
Klaasmaja
Klaas, materjal, mida inimkond on kasutanud iidse Egiptuse ajast, on 3D-printimisele kaua vastu pidanud. Selle põhjuseks on asjaolu, et töötlemiseks tuleb materjali kuumutada äärmiselt kõrge temperatuurini kuni 1832 kraadi Fahrenheiti (1000 kraadi Celsiuse järgi). Ehkki on olemas keerulisi tööstuslikke 3D-printereid, mis klaaside kasutamisel suudavad lasereid kasutades materjale väga kõrge temperatuurini kuumutada, oli tulemuseks olev toode üsna kulukas ja kasutamiskõlbmatu.
Saksamaa Karlsruhe Eggenstein-Leopoldshafeni tehnoloogiainstituudi teadlased lahendasid probleemi uue tehnika abil, mis võimaldab tavalise 3D-printeriga luua keerukaid klaaskonstruktsioone - ilma lasersoojenduse vajaduseta.
Lähtematerjalina kasutasid insenerid niinimetatud vedelat klaasi - ränidioksiidi nanoosakeste segu, millest klaas on valmistatud - dispergeeritud akrüüllahuses. Objekt trükitakse 3D-ga ja seejärel eksponeeritakse ultraviolettvalgusele, mis kõvendab materjali selliseks plastiks nagu akrüülklaas. Seejärel kuumutatakse objekt temperatuurini umbes 2372 kraadi F (1300 kraadi C), põletades ära plasti ja sulatades ränidioksiidi nanoosakesed siledaks, läbipaistvaks klaasstruktuuriks.
Juust
Erinevalt klaasist saab juustu kergesti sulatada. Nii et pole üllatus, et teadlased nägid piimatooteid ideaalse kandidaadina toiduga tehtavate 3D-printimise katsete jaoks.
Iirimaa ülikooli kolledži Cork University toidu- ja toitumisteaduste kooli teadlaste meeskond kasutas segu, mis sarnaneb sulatatud juustu valmistamise seguga, ja pritsis selle läbi 3D-printeri düüsi, et luua "uut tüüpi" sulatatud juust juust.
Segu kuumutati 12 minutit temperatuurini 167 kraadi Fahrenheiti (75 kraadi) ja seejärel lasti 3D-printer läbi kahe erineva väljapressimiskiirusega. (Väljapressimiskiirus on kiirus, millega printer surub sulatatud juustu läbi süstla välja.)
Sulatatud juust sisaldab koostisosade segu, sealhulgas emulgaatoreid, küllastunud taimeõlisid, lisa soola, toiduvärve, vadakut ja suhkrut. See ei pruugi olla just kõige tervislikum juustu tüüp, seega pole selge, kas uus maiuspala saaks toitumisspetsialisti heakskiidu.
Teadlaste vaatenurgast oli 3D-prinditud juust siiski edukas. See oli töötlemata töötlemata juustust 45–49 protsenti pehmem, veidi tumedama värvusega, pisut kevadisem ja sulades vedelam. Uuringus ei tehtud järeldusi maitse kohta.
Elusad beebi mannekeenid
Imikud, kes tunnevad end tõelisena, on 3D-prinditud Hollandi teadlaste poolt, kes loodavad parandada vastsündinutega töötavate arstide koolitusmeetodeid.
Praegu arstide koolitustel kasutatavad beebimanukid on liiga mehaanilised ega anna habras imiku ravimisel tõelist tunnet, ütles Live Science Hollandi Eindhoveni tehnikaülikooli meditsiinidisaini insener Mark Thielen Live Science'ile märtsis.
3D-printimine võimaldas Thielenil ja tema meeskonnal luua anatoomiliselt täpsed mannekeenid, mis sisaldavad realistlikke siseorganeid. Suurima täpsuse saavutamiseks kasutasid teadlased vastsündinute elundite MRT-skaneeringuid, mis hiljem trükiti välja suure detailsusega. Näiteks 3D-prinditud süda sisaldab üksikasjalikke töötavaid ventiile. Mannekeenidel on isegi veenides vereringes vedelik.
Eesmärk on mannekeenidele kliiniliste sekkumiste tegemisel pakkuda kõrgetasemelist realistlikku kombatavat tagasisidet, ütles Thielen. Teisisõnu, kui kirurgid liigutavad mannekeeni osa või avaldavad survet teatud alale, tunneb see end ja liigub nagu päris.
Silmad
3D-prinditud silmad on loonud Hollandi teadlased, mis aitavad ilma korralikult arenenud silmadeta sündinud lastel suhteliselt normaalsed välja näha. Kahjuks ei anna 3D-prinditud silmaproteesid lastele võimalust näha.
Ligikaudu 30 juhtu 100 000 lapse kohta sünnib haigusseisundites, mida nimetatakse mikroftalmiaks ja anoftalmiaks, mis tähendab, et nende silmad on täielikult puudu või vähearenenud. Selle tulemusel puudub nende silmakontaktidel vajalik konstruktsiooniline tugi laste nägude normaalseks arenguks.
Kui täiskasvanu kaotab silma, antakse talle püsiv silmaprotees. See pole aga võimalik lastel, kes kasvavad väga kiiresti, eriti oma elu esimestel kuudel ja aastatel.
Ajutiste tugikonstruktsioonide 3D-printimine, mida nimetatakse konformeerideks, saab teha kiiresti, odavalt ja väga täpses suuruses, ütlesid teadlased.
See on äärmiselt oluline, kuna ilma silmata puudub pistikupesa ümbritsev luu nõuetekohaselt stimuleeritav ja nägu ei arene loomuliku väljanägemisega proportsioonides.
Konformereid on juba alates viiest lapsest koosnevas väikeses rühmas juba testitud.
Kaljuronimisrobot
Pehmete kummist 3D-prinditud jalgadega robot näitas oma suurepäraseid võimeid vallutada maastikku - ülesanne, mis tavaliselt halvab traditsioonilisi roboteid.
California San Diegos asuva ülikooli insenerid kujundasid roboti jalad digitaalselt ja modelleerisid selle jõudlust ja käitumist erinevates olukordades - näiteks pehmel, liivasel pinnal, kitsastes kohtades või üle kivide ronides.
Lõpuks valisid nad kujunduse, mis koosnes kolmest ühendatud spiraalitaolisest torust, mis on seest õõnsad ja mis on valmistatud pehmete ja jäikade materjalide kombinatsioonist.
Sammu astudes proovivad jalad ümbritsevat maastikku proovida ja seejärel koheselt reguleerida, läbi kolvide, mis täidavad kindlas järjekorras ja määravad roboti kõnnaku.
Kujunduse uudsus on inseneride sõnul asjaolu, et roboti jalad saavad kõverduda kõigis võimalikes suundades.
"Naer"
Esimene kunstiteos loodi kosmoses selle aasta veebruaris, kasutades 3D-printerit rahvusvahelise kosmosejaama pardal.
Teos esindab inimese naeru ja see loodi Iisraeli kunstniku Eyal Geveri ja Californias asuva ettevõtte Made In Space koostöös projekti #Laugh raames.
Kosmosehuvilisi kutsuti osalema kosmoseteose loomises rakenduse kaudu, mis jäädvustab kasutajate naeru ja muudab selle tähekujuliseks digitaalseks 3D-mudeliks.
2016. aasta detsembris alanud projektisse panustas oma naeru rohkem kui 100 000 inimest. Rakenduse kasutajad valisid siis parima naerustähe, mis põhines Las Vegase Naughtia Jane Stanko naerul. Seejärel kavand heideti ISS-i ja 3D-prinditi masinale, mida tavaliselt kasutatakse varuosade valmistamiseks.
Mikrokaamera
Mikrokaamera, mida saaks kasutada miniatuursetel droonidel ja robotitel või kirurgilistel endoskoopidel, lõid Saksa teadlased 3D-printimise abil.
Kaamera tagab kotkasilma nägemise - võime kaugeid objekte selgelt näha, samal ajal olles teadlik perifeerses nägemises toimuvast.
Seadme loomiseks trükkisid Saksamaa Stuttgarti ülikooli tehnilise optika instituudi insenerid nelja läätse klastrid pilditundlikule kiibile, kasutades tehnikat, mida nimetatakse femtosekundi laserkirjutamiseks.
Miniatuursed läätsed on vahemikus laiad kuni kitsad ja madala eraldusvõimega kuni kõrge eraldusvõimega. See struktuur võimaldab pilte ühendada härjasilma kujuga, mille keskel on terav pilt, sarnaselt sellele, kuidas kotkad näevad.
Neli läätsi saab vähendada kuni 300 mikromeetrini 300 mikromeetrini (mõlemal küljel 0,012 tolli ehk 0,03 sentimeetrit), umbes liivatera suurusele. Kuid teadlaste sõnul võivad nad tulevikus seadme väiksemaks muutmise korral veelgi väiksemaks muuta.
