Εισαγωγή
Η τρισδιάστατη εκτύπωση δεν είναι νέα για το 2017, αλλά αυτό το έτος, οι ερευνητές έσπρωξαν τα όρια της φαινομενικά sci-fi τεχνικής, εκτυπώνοντας αντικείμενα που απαιτούσαν περίπλοκες λεπτομέρειες - όπως ένα μοντέρνο μοντέλο νεογέννητου και μικροσκοπικής κάμερας - με υλικά που μπορεί να ακούγονται εκπληκτικά, συμπεριλαμβανομένου του τυριού και του γυαλιού.
Διαβάστε παρακάτω για μια συνέντευξη από τα πιο ωραία και αστεία πράγματα που εκτυπώθηκαν 3D το 2017.
Μια μάσκα κουταβιού
Ένα 4μηνο κουτάβι τεριέ Staffordshire τεριέ έγινε ο πρώτος ασθενής που χρησιμοποίησε μια νέα 3D εκτυπωμένη μάσκα για να βοηθήσει στην αποκατάσταση από σοβαρές τραυματισμούς του προσώπου. Το σωστό ζυγωματικό κουτάβι και η γνάθου, καθώς και η κροταφογναθική αρθρίτιδα (η άρθρωση που συνδέει τη γνάθο με το κρανίο), έσπασαν όταν άλλος σκύλος της επιτέθηκε.
Το κουτάβι, που ονομάζεται Loca, ήταν τυχερός που έφτασε στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Davis School of Veterinary Medicine, όπου οι κτηνίατροι στο πανεπιστήμιο συνεργάζονταν με συναδέλφους του UC Davis College of Engineering για την ανάπτυξη της μάσκας "Exo-K9 Exoskeleton" για σκύλους . Το Loca ήταν ο ιδανικός ασθενής για να δοκιμάσει την τεχνολογία.
Πρώτον, οι μηχανικοί σαρώθηκαν το κρανίο του Loca για να σχεδιάσουν μια προσαρμοσμένη μάσκα, η οποία στη συνέχεια τυπώθηκε με ένα 3D εκτυπωτή. Η μάσκα κρατούσε τα σπασμένα οστά του Loca στη θέση του με τον ίδιο τρόπο που ένα χυτοσίδηρο φέρει θραυσμένα χέρια ή χέρια στα πόδια. Μέσα σε ένα μήνα, το κουτάβι θα μπορούσε να φάει σκληρό κροτίδωμα και ένας έλεγχος 3 μηνών έδειξε ότι η κροταφογναθική άρθρωση θεραπεύεται όπως αναμενόταν.
Ποντίκια ωοθηκών
Ένα θηλυκό ποντίκι εξοπλισμένο με ωοθήκες με 3D εκτύπωση γεννήθηκε σε υγιή νεογνά σε ένα πείραμα που διεξήχθη στην Ιατρική Σχολή Northwestern University Feinberg στο Σικάγο.
Το αποτέλεσμα θεωρήθηκε ως μια σημαντική ανακάλυψη, καθώς μπορεί να οδηγήσει μια μέρα σε νέους τρόπους αντιμετώπισης της υπογονιμότητας στους ανθρώπους, αν και χρειάζεται περισσότερη έρευνα. Θα μπορούσε να είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για τις γυναίκες των οποίων οι ωοθήκες έχουν υποστεί βλάβη εξαιτίας της θεραπείας του καρκίνου, ανέφεραν οι ερευνητές.
Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία 3D εκτύπωσης, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα περίτεχνο πορώδες ικρίωμα κατασκευασμένο από ζελατίνη. (Η ζελατίνη είναι ένας τύπος κολλαγόνου, μια φυσική πρωτεΐνη που βρίσκεται στο ανθρώπινο σώμα σε μεγάλες ποσότητες.) Η δομή στη συνέχεια είχε πληθυσμούς με ωοθηκικά κύτταρα από άλλο ποντίκι. Οι ερευνητές εξέτασαν διάφορες μορφές πόρων πριν από την προσγείωση στο συγκεκριμένο σχήμα που παρείχε τη σωστή ποσότητα στήριξης στα κύτταρα των ωοθηκών.
Το πείραμα ήταν επιτυχία: Τα εμφυτευμένα κύτταρα άρχισαν να συμπεριφέρονται ως κύτταρα σε φυσικές υγιείς ωοθήκες, ενδεχομένως να παράγουν ορμόνες που οδηγούν τον κύκλο αναπαραγωγής του ποντικιού. και επιτρέποντάς της να μείνει έγκυος.
Ένα οικιστικό σπίτι
Το πρώτο 3D-τυπωμένο σπίτι κατοικίας κατασκευάστηκε σε λιγότερο από 24 ώρες στα προάστια της Μόσχας το Μάρτιο. Οι τοίχοι του σπιτιού των 400 τετραγωνικών ποδιών (37 τετραγωνικών μέτρων) στούντιο εκτυπώθηκαν χρησιμοποιώντας έναν κινητό κατασκευαστή 3D-εκτυπωτή που αναπτύχθηκε από την κεντρική εταιρία Apis Cor.
Αντί της εκτύπωσης επιμέρους πάνελ από σκυρόδεμα, τα οποία αργότερα θα συναρμολογηθούν χειροκίνητα, ο 3D εκτυπωτής εκτύπωσε τους τοίχους και τα χωρίσματα ως μία πλήρως συνδεδεμένη δομή, επιτρέποντας την ασυνήθιστη στρογγυλή μορφή του σπιτιού.
Η στέγη, οι πόρτες και τα παράθυρα ήταν τα μόνα συστατικά που έπρεπε να εγκατασταθούν στη συνέχεια από τους ανθρώπους. Το πρωτότυπο σπίτι κοστίζει περίπου $ 10,134, ή $ 25 ανά τετραγωνικό πόδι ($ 275 ανά τετραγωνικό μέτρο). Τα πιο ακριβά εξαρτήματα, σύμφωνα με τους προγραμματιστές, ήταν τα παράθυρα και οι πόρτες.
Η εταιρεία πιστεύει ότι η τρισδιάστατη εκτύπωση θα μπορούσε να κάνει την κατασκευή όχι μόνο σημαντικά ταχύτερη αλλά και πιο φιλική προς το περιβάλλον.
Σπίτι από γυαλί
Το γυαλί, ένα υλικό που χρησιμοποιείται από την ανθρωπότητα από την αρχαία Αίγυπτο, έχει αντισταθεί από καιρό στην 3D εκτύπωση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, προς επεξεργασία, το υλικό πρέπει να θερμανθεί σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες έως και 1.832 βαθμούς Φαρενάιτ (1.000 βαθμούς Κελσίου). Αν και υπάρχουν περίπλοκοι βιομηχανικοί τρισδιάστατοι εκτυπωτές που μπορούν να θερμάνουν υλικά σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες χρησιμοποιώντας λέιζερ, όταν χρησιμοποιούνται σε γυαλί, το προκύπτον προϊόν ήταν μάλλον φυσικό και άχρηστο.
Ερευνητές από το Γερμανικό Καρλσρούη Τεχνολογικό Ινστιτούτο στο Eggenstein-Leopoldshafen λύνουν το πρόβλημα με μια νέα τεχνική που επιτρέπει τη δημιουργία σύνθετων γυάλινων δομών με συμβατικό 3D εκτυπωτή - χωρίς την ανάγκη θέρμανσης με λέιζερ.
Ως υλικό εκκίνησης, οι μηχανικοί χρησιμοποίησαν το λεγόμενο υγρό γυαλί - ένα μείγμα νανοσωματιδίων από πυριτία, το γυαλί υλικού κατασκευάζεται από - διασκορπισμένο σε ένα ακρυλικό διάλυμα. Ένα αντικείμενο είναι 3D εκτυπωμένο και στη συνέχεια εκτεθειμένο σε υπεριώδες φως, το οποίο σκληραίνει το υλικό σε ένα είδος πλαστικού όπως ακρυλικό γυαλί. Στη συνέχεια, το αντικείμενο θερμαίνεται σε περίπου 2.372 βαθμούς F (1.300 βαθμούς C), καίει το πλαστικό και συγχωνεύει τα νανοσωματίδια πυριτίου μεταξύ τους σε μια ομαλή, διαφανή γυάλινη δομή.
Τυρί
Σε αντίθεση με το γυαλί, το τυρί μπορεί να λιώσει εύκολα. Δεν είναι λοιπόν έκπληξη το γεγονός ότι οι ερευνητές είδαν το γαλακτοκομικό προϊόν ως ιδανικό υποψήφιο για πειράματα 3D εκτύπωσης με τρόφιμα.
Μια ομάδα ερευνητών της Σχολής Τροφίμων και Διατροφικών Επιστημών του Πανεπιστημίου College Cork στην Ιρλανδία χρησιμοποίησε ένα μείγμα παρόμοιο με εκείνο που χρησιμοποιήθηκε για την παρασκευή τυροποιημένου τυριού και το έσπρωξε μέσα από ένα ακροφύσιο τρισδιάστατου εκτυπωτή για να δημιουργήσει ένα "νέο" είδος επεξεργασίας τυρί.
Το μίγμα θερμάνθηκε στους 167 βαθμούς Φαρενάιτ (75 βαθμοί Κελσίου) για 12 λεπτά και στη συνέχεια εκτελέστηκε μέσω του 3D εκτυπωτή σε δύο διαφορετικούς ρυθμούς εξώθησης. (Ο ρυθμός εξώθησης είναι η ταχύτητα με την οποία ο εκτυπωτής ωθεί το λιωμένο τυρί έξω από τη σύριγγα.)
Το μεταποιημένο τυρί περιέχει ένα μείγμα συστατικών, συμπεριλαμβανομένων των γαλακτωματοποιητών, των κορεσμένων φυτικών ελαίων, του επιπλέον αλατιού, του χρωματισμού των τροφίμων, του ορού γάλακτος και της ζάχαρης. Μπορεί να μην είναι ακριβώς ο πιο υγιεινός τύπος τυριού, οπότε δεν είναι σαφές εάν η νέα θεραπεία θα λάμβανε σφραγίδα εγκρίσεως διατροφολόγου.
Ωστόσο, από την πλευρά των ερευνητών, το τρισδιάστατο τυρί ήταν επιτυχημένο. Ήταν 45 τοις εκατό έως 49 τοις εκατό πιο μαλακό από το μη επεξεργασμένο τυρί που έχει υποστεί επεξεργασία, λίγο πιο σκούρο χρώμα, λίγο ελαφρύτερο και πιο ρευστό όταν λιώνεται. Η μελέτη δεν έδωσε συμπεράσματα σχετικά με τη γεύση.
Φορητά ανδρικά μανικιών
Τα μωρά που αισθάνονται πραγματικά έχουν εκτυπωθεί 3D από Ολλανδοί ερευνητές, οι οποίοι ελπίζουν να βελτιώσουν τις μεθόδους κατάρτισης για τους γιατρούς που εργάζονται με νεογέννητα.
Τα μανικιούχα μωρά που χρησιμοποιούνται σήμερα για την εκπαίδευση των γιατρών είναι πολύ μηχανικά και δεν παρέχουν την αληθινή αίσθηση θεραπείας ενός εύθραυστου βρέφους. Ο Mark Thielen, μηχανικός ιατρικού σχεδιασμού στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Αϊντχόβεν στην Ολλανδία, δήλωσε στο Live Science τον Μάρτιο.
Η 3D εκτύπωση επέτρεψε στον Thielen και την ομάδα του να δημιουργήσουν ανατομικά ακριβή manikins που περιλαμβάνουν ρεαλιστικά εσωτερικά όργανα. Για να επιτευχθεί το υψηλότερο επίπεδο ακρίβειας, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μαγνητικές απεικονίσεις οργάνων νεογνών που στη συνέχεια εκτυπώθηκαν με υψηλό επίπεδο λεπτομέρειας. Για παράδειγμα, μια 3D εκτυπωμένη καρδιά θα περιλαμβάνει λεπτομερείς βαλβίδες εργασίας. Τα ανδρεικέλα έχουν ακόμη και ρευστό που μοιάζει με αίμα που κυκλοφορεί στις φλέβες τους.
Ο στόχος είναι να παράσχει υψηλό επίπεδο ρεαλιστικής ανάδρασης όταν γίνεται κλινικές επεμβάσεις σε ανδρεικέλουλα, δήλωσε ο Thielen. Με άλλα λόγια, όταν οι χειρουργοί μετακινούν μέρος του ανδρεικέλου ή ασκούν πίεση σε μια συγκεκριμένη περιοχή, αισθάνεται και κινείται σαν το πραγματικό πράγμα.
Μάτια
Τρισδιάστατα μάτια έχουν δημιουργηθεί από Ολλανδοί ερευνητές που μπορούν να βοηθήσουν τα παιδιά που γεννήθηκαν χωρίς καλά αναπτυγμένα μάτια να φαίνονται σχετικά κανονικά. Δυστυχώς, οι 3D εκτυπωμένες προθέσεις ματιών δεν θα δώσουν στα παιδιά τη δυνατότητα να δουν.
Περίπου 30 σε κάθε 100.000 παιδιά γεννιούνται με καταστάσεις που ονομάζονται μικροφθαλμία και ανοφθαλμία, πράγμα που σημαίνει ότι τα μάτια τους είτε λείπουν εντελώς είτε υποβαθμίζονται. Ως αποτέλεσμα, στις υποδοχές των ματιών τους δεν υπάρχει η διαρθρωτική υποστήριξη που χρειάζονται για να αναπτυχθούν τα πρόσωπα των παιδιών με κανονικό τρόπο.
Εάν ένας ενήλικας χάσει ένα μάτι, θα του δοθεί μόνιμη οφθαλμική πρόσθεση. Αυτό δεν είναι δυνατό στα παιδιά, όμως, που μεγαλώνουν πολύ γρήγορα, ειδικά τους πρώτους μήνες και τα χρόνια της ζωής τους.
Η 3D εκτύπωση των προσωρινών υποστηρικτικών δομών, που ονομάζονται conformers, μπορεί να γίνει γρήγορα, φθηνά και σε μια σειρά πολύ ακριβών μεγεθών, ανέφεραν οι ερευνητές.
Αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό καθώς, χωρίς το μάτι, το οστό γύρω από την υποδοχή δεν διαθέτει σωστή διέγερση και το πρόσωπο δεν αναπτύσσει φυσικές αναλογίες.
Οι διαμορφωτές έχουν ήδη δοκιμαστεί σε μια μικρή ομάδα πέντε παιδιών από τον Μάιο.
Ένα ρομπότ αναρρίχησης
Ένα ρομπότ με μαλακά ελαστικά 3D τυπωμένα πόδια έδειξε τις υπέροχες ικανότητές του να κατακτά το τραχύ έδαφος, ένα έργο που παραλύει συνήθως τα παραδοσιακά ρομπότ.
Μηχανικοί από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σαν Ντιέγκο, σχεδίασαν ψηφιακά τα πόδια του ρομπότ και μοντελοποίησαν τις επιδόσεις και τη συμπεριφορά του σε διάφορες καταστάσεις - για παράδειγμα, σε μια μαλακή, αμμώδη επιφάνεια, σε στενούς χώρους ή όταν αναρριχήθηκαν πάνω από βράχια.
Τελικά επέλεξαν ένα σχέδιο που αποτελείται από τρεις συνδεδεμένους σπειροειδείς σωλήνες που είναι κοίλοι στο εσωτερικό και κατασκευασμένοι από ένα συνδυασμό μαλακών και άκαμπτων υλικών.
Καθώς κάνουν ένα βήμα, τα πόδια δοκιμάζουν το περιβάλλον έδαφος και στη συνέχεια προσαρμόζονται στιγμιαία, μέσω εμβόλων που φουσκώνουν με μια ορισμένη σειρά και καθορίζουν το βάδισμα του ρομπότ.
Η καινοτομία του σχεδιασμού, σύμφωνα με τους μηχανικούς, είναι το γεγονός ότι τα πόδια του ρομπότ μπορούν να κάμπτονται σε όλες τις πιθανές κατευθύνσεις.
"Γέλιο"
Το πρώτο κομμάτι της τέχνης δημιουργήθηκε στο διάστημα τον Φεβρουάριο του τρέχοντος έτους χρησιμοποιώντας έναν 3D εκτυπωτή στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό.
Το καλλιτεχνικό κομμάτι αντιπροσωπεύει το ανθρώπινο γέλιο και δημιουργήθηκε σε συνεργασία μεταξύ του Ισραηλινού καλλιτέχνη Eyal Gever και της εταιρίας Made in Space με έδρα την Καλιφόρνια, στο πλαίσιο του έργου που ονομάζεται #Laugh.
Οι λάτρεις του χώρου κλήθηκαν να συμμετάσχουν στη δημιουργία του κομμάτι της διαστημικής τέχνης μέσω μιας εφαρμογής που συλλαμβάνει το γέλιο των χρηστών και το μετατρέπει σε ψηφιακό 3D μοντέλο που μοιάζει με ένα αστέρι.
Περισσότεροι από 100.000 άνθρωποι συνέβαλαν το γέλιο τους στο έργο, το οποίο ξεκίνησε τον Δεκέμβριο του 2016. Οι χρήστες των εφαρμογών επέλεξαν τότε το καλύτερο αστέρι γέλιου, το οποίο βασίστηκε στο γέλιο της Naughtia Jane Stanko του Las Vegas. Ο σχεδιασμός μεταδόθηκε στη συνέχεια στο ISS και εκτυπώθηκε 3D σε μια μηχανή που συνήθως χρησιμοποιείται για την κατασκευή ανταλλακτικών.
Μικρή κάμερα
Μια μικρο-κάμερα που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε μικροσκοπικά αεροσκάφη και ρομπότ ή χειρουργικά ενδοσκόπια δημιουργήθηκε από Γερμανούς ερευνητές με τη βοήθεια της τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Η κάμερα παρέχει όραμα του αετού - η δυνατότητα να βλέπει κανείς μακρινά αντικείμενα με σαφήνεια ενώ ταυτόχρονα να γνωρίζει τι συμβαίνει στην περιφερειακή όραση.
Για τη δημιουργία της συσκευής, μηχανικοί από το Ινστιτούτο Τεχνικής Οπτικής του Πανεπιστημίου της Στουτγάρδης στη Γερμανία εκτύπωσαν τέσσερα φακούς σε ένα τσιπ ανίχνευσης εικόνων χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται γραφή λέιζερ femtosecond.
Οι μικροσκοπικοί φακοί κυμαίνονται από ευρεία έως στενή και από χαμηλή έως υψηλή ανάλυση. Αυτή η δομή επιτρέπει να συνδυάζονται οι εικόνες σε σχήμα ματιού του ταύρου με μια έντονη εικόνα στο κέντρο, παρόμοια με τον τρόπο που βλέπουν οι αετοί.
Οι τέσσερις φακοί μπορούν να μειωθούν στα 300 μικρομέτρων κατά 300 μικρομέτρων (0,012 ίντσες ή 0,03 εκατοστά σε κάθε πλευρά), περίπου στο μέγεθος ενός κόκκου άμμου. Αλλά οι ερευνητές λένε ότι θα είναι σε θέση να κάνουν τη συσκευή ακόμη μικρότερη στο μέλλον, όταν θα είναι διαθέσιμα τα μικρότερα τσιπ.
