Wprowadzenie
Drukowanie 3D nie jest niczym nowym od 2017 roku, ale w tym roku naukowcy przesunęli granice pozornie techniki science fiction, drukując obiekty wymagające skomplikowanych szczegółów - takich jak realistyczny model noworodka i mikroskopijny aparat - a także obiekty wykonane z materiałami, które mogą brzmieć zaskakująco, w tym serem i szkłem.
Czytaj dalej, aby uzyskać podsumowanie najfajniejszych i najśmieszniejszych rzeczy, które zostały wydrukowane w 3D w 2017 roku.
Maska szczeniaka
4-miesięczne szczenię rasy bull terrier Staffordshire stało się pierwszym pacjentem, który użył nowej maski z nadrukiem 3D, aby pomóc w wyzdrowieniu z poważnych obrażeń twarzy. Prawa kość policzkowa i szczęka szczeniaka, a także jej staw skroniowo-żuchwowy (staw łączący szczękę z czaszką) zostały złamane, gdy zaatakował ją inny pies.
Szczeniak o imieniu Loca miał szczęście, że przybył do University of California Davis School of Veterinary Medicine, gdzie weterynarze na uniwersytecie współpracowali z kolegami z UC Davis College of Engineering przy opracowywaniu maski „Exo-K9 Exoskeleton” dla psów . Loca była idealnym pacjentem do przetestowania technologii.
Najpierw inżynierowie zeskanowali czaszkę Loci, aby zaprojektować dopasowaną maskę, którą następnie wydrukowano za pomocą drukarki 3D. Maska utrzymywała złamane kości twarzy Loci w miejscu, w taki sam sposób, w jaki gips utrzymuje złamane kości ręki lub nogi. W ciągu miesiąca szczeniak mógł zjeść twardą karmę, a 3-miesięczne badanie wykazało, że staw skroniowo-żuchwowy leczył się zgodnie z oczekiwaniami.
Jajniki myszy
Samica myszy wyposażona w jajniki z nadrukiem 3D urodziła zdrowe młode w eksperymencie przeprowadzonym w Northwestern University Feinberg School of Medicine w Chicago.
Wynik został okrzyknięty przełomem, ponieważ może pewnego dnia doprowadzić do nowych sposobów leczenia bezpłodności u ludzi, choć potrzebne są znacznie więcej badań. Naukowcy stwierdzili, że może to być szczególnie przydatne dla kobiet, których jajniki zostały uszkodzone z powodu leczenia raka.
Korzystając z technologii druku 3D, naukowcy stworzyli skomplikowane porowate rusztowanie wykonane z żelatyny. (Żelatyna jest rodzajem kolagenu, naturalnego białka występującego w ludzkim ciele w dużych ilościach.) Struktura została następnie wypełniona komórkami jajnika innej myszy. Naukowcy przetestowali różne kształty porów przed lądowaniem na konkretnym kształcie, który zapewniał odpowiednią ilość wsparcia komórkom jajnika.
Eksperyment zakończył się sukcesem: wszczepione komórki zaczęły zachowywać się tak, jak komórki naturalnych zdrowych jajników, ostatecznie wytwarzając hormony, które sterują cyklem reprodukcyjnym myszy. i umożliwiając zajście w ciążę.
Dom mieszkalny
Pierwszy dom mieszkalny z nadrukiem 3D został zbudowany w marcu w niecałe 24 godziny na przedmieściach Moskwy. Ściany domu typu studio o powierzchni 400 stóp kwadratowych (37 metrów kwadratowych) zostały wydrukowane przy użyciu mobilnej drukarki 3D zaprojektowanej przez moskiewski startup Apis Cor.
Zamiast drukować pojedyncze panele betonowe, które później zostaną ręcznie zmontowane, drukarka 3D wydrukowała ściany i ścianki działowe jako jedną w pełni połączoną konstrukcję, co pozwala uzyskać nietypowy okrągły kształt domu.
Dach, drzwi i okna były jedynymi elementami, które musieli następnie zainstalować pracownicy ludzcy. Prototypowy dom kosztował około 10 134 USD, czyli 25 USD za stopę kwadratową (275 USD za metr kwadratowy). Według deweloperów najdroższymi komponentami były okna i drzwi.
Firma uważa, że drukowanie 3D może nie tylko znacznie przyspieszyć budowę, ale także być bardziej przyjazne dla środowiska.
Dom ze szkła
Szkło, materiał używany przez ludzkość od starożytnego Egiptu, od dawna opiera się drukowi 3D. Wynika to z faktu, że materiał, który ma zostać przetworzony, musi zostać podgrzany do ekstremalnie wysokich temperatur do 1832 stopni Fahrenheita (1000 stopni Celsjusza). Chociaż istnieją skomplikowane przemysłowe drukarki 3D, które mogą ogrzewać materiały do bardzo wysokich temperatur za pomocą laserów, po zastosowaniu na szkle uzyskany produkt był raczej przebiegły i bezużyteczny.
Naukowcy z niemieckiego Instytutu Technologii w Karlsruhe w Eggenstein-Leopoldshafen rozwiązali problem dzięki nowej technice, która umożliwia tworzenie skomplikowanych struktur szklanych za pomocą konwencjonalnej drukarki 3D - bez potrzeby ogrzewania laserowego.
Jako materiał wyjściowy inżynierowie wykorzystali tak zwane szkło płynne - mieszaninę nanocząstek krzemionki, z której wykonane jest szkło materiałowe - rozproszone w roztworze akrylowym. Obiekt jest drukowany w 3D, a następnie wystawiony na działanie promieniowania UV, które utwardza materiał w rodzaj plastiku, takiego jak szkło akrylowe. Następnie obiekt ogrzewa się do około 2337 stopni F (1300 stopni C), wypalając tworzywo sztuczne i stapiając nanocząsteczki krzemionki w gładką, przezroczystą strukturę szklaną.
Ser
W przeciwieństwie do szkła ser można łatwo stopić. Nic więc dziwnego, że naukowcy postrzegali ten nabiał jako idealnego kandydata do eksperymentów z żywnością w druku 3D.
Zespół naukowców z School of Food and Nutritional Sciences z University College Cork w Irlandii użył mieszanki podobnej do tej używanej do produkcji przetworzonego sera i przelał ją przez dyszę drukarki 3D, aby stworzyć „nowy” rodzaj przetworzonego ser.
Mieszaninę ogrzewano do 167 stopni Fahrenheita (75 stopni Celsjusza) przez 12 minut, a następnie przepuszczono przez drukarkę 3D z dwoma różnymi prędkościami wytłaczania. (Szybkość wytłaczania to prędkość, z jaką drukarka wypycha stopiony ser przez strzykawkę).
Ser przetworzony zawiera mieszaninę składników, w tym emulgatorów, nasyconych olejów roślinnych, dodatkowej soli, barwników spożywczych, serwatki i cukru. Być może nie jest to najzdrowszy rodzaj sera, więc nie jest jasne, czy nowy smakołyk otrzymałby znak aprobaty dietetyka.
Jednak z punktu widzenia naukowców ser wydrukowany w 3D był sukcesem. Był o 45 do 49 procent bardziej miękki niż nieprzetworzony ser przetworzony, nieco ciemniejszy, bardziej sprężysty i bardziej płynny po stopieniu. Badanie nie dostarczyło żadnych wniosków na temat smaku.
Realistyczne manekiny dziecięce
Niemowlęta, które wydają się prawdziwe, zostały wydrukowane w 3D przez holenderskich badaczy, którzy mają nadzieję poprawić metody szkolenia lekarzy pracujących z noworodkami.
Manekiny dziecięce, które są obecnie używane do szkolenia lekarzy, są zbyt mechaniczne i nie dają prawdziwego wrażenia leczenia kruchego niemowlęcia, główny badacz Mark Thielen, inżynier ds. Projektowania medycznego na Eindhoven University of Technology w Holandii, powiedział Live Science w marcu.
Drukowanie 3D pozwoliło Thielenowi i jego zespołowi stworzyć anatomicznie dokładne manekiny, które zawierają realistyczne narządy wewnętrzne. Aby osiągnąć najwyższy poziom dokładności, naukowcy wykorzystali skany MRI narządów noworodków, które następnie wydrukowano z wysokim poziomem szczegółowości. Na przykład serce wydrukowane w 3D zawiera szczegółowe działające zawory. W manekinach płynie nawet płyn podobny do krwi.
Thielen powiedział, że celem jest zapewnienie wysokiego poziomu realistycznego dotykowego sprzężenia zwrotnego podczas przeprowadzania interwencji klinicznych na manekinach. Innymi słowy, kiedy chirurdzy poruszają częścią manekina lub wywierają nacisk na określony obszar, odczuwa się i porusza jak prawdziwa rzecz.
Oczy
Oczy wydrukowane w 3D zostały stworzone przez holenderskich badaczy, które mogą pomóc dzieciom urodzonym bez odpowiednio rozwiniętych oczu wyglądać stosunkowo normalnie. Niestety wydrukowane w 3D protezy oka nie dają dzieciom możliwości widzenia.
Około 30 na każde 100 000 dzieci rodzi się ze schorzeniami zwanymi mikroftalmią i beztlenowością, co oznacza, że ich oczy są całkowicie brakujące lub słabo rozwinięte. W rezultacie ich oczodołom brakuje strukturalnego wsparcia, którego potrzebują, aby twarze dzieci rozwijały się w normalny sposób.
Jeśli dorosły straci oko, otrzyma stałą protezę oka. Nie jest to jednak możliwe u dzieci, które rosną bardzo szybko, szczególnie w pierwszych miesiącach i latach życia.
Naukowcy twierdzą, że drukowanie 3D tymczasowych struktur wspierających, zwanych konformerami, może odbywać się szybko, tanio i w zakresie bardzo dokładnych rozmiarów.
Jest to niezwykle ważne, ponieważ bez oka kość wokół gniazda nie ma odpowiedniej stymulacji, a twarz nie ma naturalnych proporcji.
Od maja konformatory zostały już przetestowane na małej grupie pięciorga dzieci.
Robot do wspinaczki
Robot z miękkimi gumowymi nogami z nadrukiem 3D zademonstrował swoje doskonałe zdolności do pokonywania trudnego terenu, co zwykle paraliżuje tradycyjne roboty.
Inżynierowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego zaprojektowali cyfrowo nogi robota oraz modelowali jego wydajność i zachowanie w różnych sytuacjach - na przykład na miękkiej, piaszczystej powierzchni, w wąskich przestrzeniach lub podczas wspinaczki po skałach.
W końcu wybrali projekt składający się z trzech połączonych spiralnych rur, które są puste w środku i wykonane z kombinacji miękkich i sztywnych materiałów.
Gdy robią krok, nogi testują otaczający teren, a następnie natychmiast dostosowują się, poprzez tłoki, które napełniają się w określonej kolejności i określają chód robota.
Według inżynierów nowością tego projektu jest to, że nogi robota mogą się zginać we wszystkich możliwych kierunkach.
"Śmiech"
Pierwsze dzieło sztuki powstało w kosmosie w lutym tego roku przy użyciu drukarki 3D na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Dzieło reprezentuje ludzki śmiech i zostało stworzone we współpracy między izraelskim artystą Eyal Gever i kalifornijską firmą Made In Space w ramach projektu o nazwie #Laugh.
Entuzjaści kosmosu zostali zaproszeni do udziału w tworzeniu dzieła sztuki kosmicznej za pośrednictwem aplikacji, która rejestruje śmiech użytkowników i zamienia go w cyfrowy model 3D przypominający gwiazdę.
Ponad 100 000 osób wzięło udział w projekcie, który rozpoczął się w grudniu 2016 r. Użytkownicy aplikacji wybrali najlepszą gwiazdę śmiechu, opartą na śmiechu Naughtii Jane Stanko z Las Vegas. Projekt został następnie przesłany do ISS i wydrukowany w 3D na maszynie zwykle używanej do produkcji części zamiennych.
Mikrokamera
Mikro-kamera, którą można wykorzystać na miniaturowych dronach i robotach lub endoskopach chirurgicznych, została stworzona przez niemieckich badaczy przy pomocy drukowania 3D.
Kamera zapewnia widok orła - zdolność wyraźnego widzenia odległych obiektów, jednocześnie będąc świadomym tego, co dzieje się w polu widzenia peryferyjnego.
Aby stworzyć urządzenie, inżynierowie z Instytutu Optyki Technicznej Uniwersytetu w Stuttgarcie w Niemczech wydrukowali skupiska czterech soczewek na chipie wykrywającym obraz, stosując technikę laserowego zapisu femtosekundowego.
Miniaturowe obiektywy obejmują szeroką i wąską oraz od niskiej do wysokiej rozdzielczości. Ta struktura umożliwia łączenie obrazów w kształt tarczy z ostrym obrazem w środku, podobnie jak widzą orły.
Cztery soczewki można zmniejszyć do 300 mikrometrów na 300 mikrometrów (0,012 cala lub 0,03 centymetra po każdej stronie), mniej więcej wielkości ziarna piasku. Ale naukowcy twierdzą, że mogą sprawić, że urządzenie będzie jeszcze mniejsze w przyszłości, gdy dostępne będą mniejsze układy.
