Введение
3D-печать не нова в 2017 году, но в этом году исследователи раздвинули границы, казалось бы, научно-фантастической техники, печатая объекты, которые требовали сложных деталей - например, реалистичную модель новорожденного и микроскопическую камеру - а также сделанные объекты с материалами, которые могут показаться удивительными, включая сыр и стекло.
Продолжайте читать о самых крутых и забавных вещах, которые были напечатаны в 3D в 2017 году.
Щенячья маска
4-месячный стаффордширский щенок бультерьера стал первым пациентом, который использовал новую 3D-печатную маску, чтобы помочь в восстановлении после серьезных травм лица. Правая скула и челюсть щенка, а также ее височно-нижнечелюстной сустав (сустав, который соединяет челюсть с черепом) были сломаны, когда другая собака напала на нее.
Щенку по кличке Лока повезло, что он прибыл в Калифорнийский университет ветеринарной медицины им. Дэвиса, где ветеринары в университете сотрудничали с коллегами из инженерного колледжа Калифорнийского университета в Дэвисе по разработке маски для собак Exo-K9 Exoskeleton. , Лока была идеальным пациентом для тестирования технологии.
Во-первых, инженеры отсканировали череп Loca, чтобы создать индивидуально подобранную маску, которая затем была напечатана на 3D-принтере. Маска удерживала сломанные кости лица Локи так же, как гипс удерживал сломанные кости рук или ног. В течение месяца щенок мог съесть твердую лепешку, а трехмесячная проверка показала, что височно-нижнечелюстной сустав заживает, как и ожидалось.
Яичники мыши
В эксперименте, проведенном в Медицинской школе Северо-Западного университета им. Файнберга в Чикаго, самка мыши, снабженная яичниками с 3D-печатью, родила здоровых щенков.
Результат был провозглашен прорывом, поскольку однажды он может привести к новым способам лечения бесплодия у людей, хотя требуется гораздо больше исследований. По словам исследователей, это может быть особенно полезно для женщин, у которых яичники были повреждены из-за лечения рака.
Используя технологию 3D-печати, исследователи создали сложные пористые леса из желатина. (Желатин - это тип коллагена, природного белка, обнаруженного в организме человека в больших количествах.) Затем структура была заселена клетками яичника другой мыши. Исследователи проверили различные формы пор, прежде чем приземлиться на конкретную форму, которая обеспечивала необходимое количество клеток яичника.
Эксперимент оказался успешным: имплантированные клетки начали вести себя так же, как клетки в естественных здоровых яичниках, в конечном итоге вырабатывая гормоны, которые управляют циклом размножения мыши. и позволяя ему забеременеть.
Жилой дом
Первый 3D-печатный жилой дом был построен менее чем за 24 часа в пригороде Москвы в марте. Стены студийного дома площадью 400 квадратных футов (37 квадратных метров) были напечатаны с использованием мобильного строительного 3D-принтера, разработанного стартапом со штаб-квартирой в Москве Apis Cor.
Вместо того чтобы печатать отдельные бетонные панели, которые впоследствии будут собираться вручную, 3D-принтер печатал стены и перегородки как одну полностью соединенную конструкцию, допуская необычную круглую форму дома.
Крыша, двери и окна были единственными компонентами, которые впоследствии должны были быть установлены людьми. Стоимость дома-прототипа составляла около 10 134 долл. США, или 25 долл. США за квадратный фут (275 долл. США за квадратный метр). Самыми дорогими компонентами, по словам разработчиков, были окна и двери.
Компания считает, что 3D-печать может сделать строительство не только значительно быстрее, но и более экологичным.
Дом из стекла
Стекло, материал, используемый человечеством со времен Древнего Египта, долгое время сопротивлялось 3D-печати. Это связано с тем, что для обработки материал должен быть нагрет до чрезвычайно высоких температур до 1832 градусов по Фаренгейту (1000 градусов по Цельсию). Несмотря на то, что существуют сложные промышленные 3D-принтеры, которые могут нагревать материалы до очень высоких температур с помощью лазеров, при использовании на стекле полученный продукт был довольно обычным и непригодным для использования.
Исследователи из Немецкого технологического института Карлсруэ в Эггенштайн-Леопольдсхафене решили проблему с помощью новой технологии, которая позволяет создавать сложные стеклянные конструкции с помощью обычного 3D-принтера - без необходимости лазерного нагрева.
В качестве исходного материала инженеры использовали так называемое жидкое стекло - смесь наночастиц кремнезема, из которого сделан материал стекла - диспергированный в акриловом растворе. Объект печатается на 3D-принтере, а затем подвергается воздействию ультрафиолетового света, который превращает материал в пластик, подобный акриловому стеклу. Затем объект нагревают до температуры около 2372 градусов по Фаренгейту (1300 градусов по Цельсию), выжигая пластик и сплавляя наночастицы диоксида кремния в гладкую прозрачную стеклянную структуру.
Сыр
В отличие от стекла, сыр можно легко расплавить. Поэтому неудивительно, что исследователи увидели молочный продукт в качестве идеального кандидата для 3D-печати экспериментов с едой.
Команда исследователей из Школы наук о продуктах питания и питания в Университетском колледже Корка в Ирландии использовала смесь, аналогичную той, которая использовалась для приготовления плавленого сыра, и впрыскивала ее через насадку 3D-принтера, чтобы создать «новый» вид плавленого продукта. сыр.
Смесь нагревали до 167 градусов по Фаренгейту (75 градусов по Цельсию) в течение 12 минут, а затем пропускали через 3D-принтер с двумя различными скоростями экструзии. (Скорость экструзии - это скорость, с которой принтер выталкивает расплавленный сыр через шприц.)
Обработанный сыр содержит смесь ингредиентов, в том числе эмульгаторы, насыщенные растительные масла, экстра соли, пищевой краситель, сыворотку и сахар. Это может быть не самый здоровый вид сыра, поэтому неясно, получит ли новое лакомство одобрение диетолога.
Тем не менее, с точки зрения исследователей, сыр с 3D-печатью имел успех. Он был на 45-49 процентов мягче, чем необработанный плавленый сыр, немного темнее по цвету, немного более эластичным и более жидким при плавлении. Исследование не дало никаких выводов о вкусе.
Реалистичные детские манекены
Дети, которые чувствуют себя настоящими, были напечатаны на 3D-принтере голландскими исследователями, которые надеются улучшить методы обучения врачей, работающих с новорожденными.
Манекены для новорожденных, которые в настоящее время используются для обучения врачей, слишком механичны и не дают реального ощущения от лечения хрупкого младенца. Об этом в прямом эфире Live Science рассказал ведущий исследователь Марк Тилен, инженер-конструктор медицинских технологий в Технологическом университете Эйндховена в Нидерландах. в марте.
3D-печать позволила Тилену и его команде создать анатомически точные манекены с реалистичными внутренними органами. Чтобы достичь наивысшего уровня точности, исследователи использовали МРТ-сканирование органов новорожденных, которые впоследствии были распечатаны с высоким уровнем детализации. Например, 3D-печатное сердце будет содержать подробные рабочие клапаны. Манекены даже имеют кровеносную жидкость, циркулирующую в их венах.
По словам Тилена, цель - обеспечить высокий уровень реалистичной тактильной обратной связи при проведении клинических вмешательств на манекенах. Другими словами, когда хирурги перемещают часть манекена или оказывают давление на определенную область, он ощущается и движется как настоящая вещь.
Глаза
Голландские исследователи создали 3D-отпечатки глаз, которые могут помочь детям, родившимся без правильно развитых глаз, выглядеть относительно нормально. К сожалению, 3D-отпечатанные протезы глаз не дадут детям возможность видеть.
Около 30 из каждых 100 000 детей рождаются с состояниями, называемыми микрофтальмией и анофтальмией, что означает, что их глаза либо полностью отсутствуют, либо недоразвиты. В результате их глазницам не хватает структурной поддержки, необходимой для нормального развития лица детей.
Если взрослый человек потеряет глаз, ему дадут постоянный глазной протез. Однако это невозможно у детей, которые очень быстро растут, особенно в первые месяцы и годы своей жизни.
Исследователи утверждают, что 3D-печать временных вспомогательных структур, называемых конформерами, может быть выполнена быстро, дешево и в диапазоне очень точных размеров.
Это чрезвычайно важно, так как без глаза кости вокруг гнезда не имеют должной стимуляции, а лицо не приобретает естественных пропорций.
Конформеры уже были протестированы на небольшой группе из пяти детей по состоянию на май.
Скалолазный робот
Робот с мягкими резиновыми ножками с 3D-печатью продемонстрировал свои превосходные способности по преодолению пересеченной местности, что обычно парализует традиционных роботов.
Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали цифровой дизайн ножек робота и смоделировали его характеристики и поведение в различных ситуациях - например, на мягкой песчаной поверхности, в узких местах или при лазании по скалам.
В конечном итоге они выбрали конструкцию, состоящую из трех соединенных спиралевидных трубок, которые являются полыми внутри и сделаны из комбинации мягких и жестких материалов.
Когда они делают шаг, ноги проверяют окружающую местность, а затем мгновенно приспосабливаются с помощью поршней, которые надуваются в определенном порядке и определяют походку робота.
Новизна конструкции, по словам инженеров, заключается в том, что ноги робота могут изгибаться во всех возможных направлениях.
"Смех"
Первое в мире произведение искусства было создано в космосе в феврале этого года с использованием 3D-принтера на борту Международной космической станции.
Это произведение представляет собой человеческий смех и было создано в сотрудничестве между израильским художником Эялем Гевером и калифорнийской компанией Made In Space в рамках проекта под названием #Laugh.
Любителей космоса пригласили принять участие в создании произведения космического искусства с помощью приложения, которое фиксирует смех пользователей и превращает его в цифровую 3D-модель, напоминающую звезду.
Более 100 000 человек внесли свой смех в проект, который начался в декабре 2016 года. Затем пользователи приложения выбрали лучшую смеющуюся звезду, основанную на смехе Naughtia Джейн Станко из Лас-Вегаса. Проект был впоследствии передан на МКС и напечатан на 3D-принтере на машине, которая обычно используется для изготовления запасных частей.
Микро-камера
Микрокамера, которая могла использоваться на миниатюрных дронах и роботах или хирургических эндоскопах, была создана немецкими исследователями с помощью 3D-печати.
Камера обеспечивает зрение орлиным глазом - способность ясно видеть далекие объекты, в то же время осознавая, что происходит в периферийном зрении.
Чтобы создать это устройство, инженеры из Института технической оптики в университете Штутгарта в Германии напечатали кластеры из четырех линз на чипе, воспринимающем изображение, используя технику, называемую фемтосекундной лазерной записью.
Миниатюрные линзы варьируются от широких до узких и от низкого до высокого разрешения. Эта структура позволяет комбинировать изображения в форме яблочка с четким изображением в центре, подобно тому, как видят орлы.
Четыре линзы могут быть уменьшены до размера 300 микрометров на 300 микрометров (0,012 дюйма или 0,03 сантиметра на каждой стороне), примерно до размера песчинки. Но исследователи говорят, что они могут сделать устройство еще меньше в будущем, когда станут доступны меньшие чипы.
