Úvod
3D tisk není pro rok 2017 nový, ale letos vědci posunuli hranice zdánlivě sci-fi techniky, tiskových objektů, které vyžadovaly složité detaily - jako je realistický model novorozence a mikroskopická kamera - stejně jako vyráběné předměty s materiály, které mohou znít překvapivě, včetně sýrů a skla.
Čtěte dál a získejte přehled nejúžasnějších a nejkomplikovanějších věcí, které byly v roce 2017 vytištěny 3D.
Štěně maska
Čtyřměsíční štěně stafordšírských teriérů se stalo prvním pacientem, který použil novou masku vytištěnou ve 3D, aby pomohl se zotavením ze závažných zranění obličeje. Pravá lícní kost a čelist štěně, stejně jako její temporomandibulární kloub (kloub, který spojuje čelist k lebce), byly zlomeny, když na ni zaútočil jiný pes.
Štěně, jménem Loca, mělo štěstí, že dorazilo na Kalifornskou univerzitu Davis School of Veterinary Medicine, kde veterináři univerzity spolupracovali s kolegy z UC Davis College of Engineering na vývoji masky "Exo-K9 Exoskeleton" pro psy . Loca byl ideálním pacientem, který tuto technologii otestoval.
Nejprve inženýři naskenovali lebku Loca, aby vytvořili masku přizpůsobenou vlastnímu účelu, která byla poté vytištěna pomocí 3D tiskárny. Maska držela Loca zlomené lícní kosti na místě stejným způsobem, jak obsazení drží zlomené kosti paží nebo nohou. Během měsíce mohlo štěně jíst tvrdé granule a tříměsíční prohlídka ukázala, že temporomandibulární kloub se uzdravuje podle očekávání.
Myši vaječníky
Samice myši vybavené 3D-tištěnými vaječníky porodila zdravá mláďata v experimentu prováděném na Northwestern University Feinberg School of Medicine v Chicagu.
Výsledek byl považován za průlom, protože jednoho dne může vést k novým způsobům léčby neplodnosti u lidí, i když je zapotřebí mnohem více výzkumu. To by mohlo být užitečné zejména pro ženy, jejichž vaječníky byly poškozeny kvůli léčbě rakoviny, uvedli vědci.
Pomocí technologie 3D tisku vytvořili vědci propracované porézní lešení vyrobené ze želatiny. (Želatina je typ kolagenu, přírodního proteinu, který se nachází v lidském těle ve velkém množství.) Struktura byla poté naplněna ovariálními buňkami jiné myši. Vědci testovali různé tvary pórů před přistáním na konkrétní tvar, který poskytoval správné množství podpory pro ovariální buňky.
Experiment byl úspěšný: Implantované buňky se začaly chovat jako buňky přirozených zdravých vaječníků, které nakonec produkují hormony, které řídí reprodukční cyklus myši. a umožnit jí otěhotnět.
Obytný dům
První bytový dům s 3D tiskem byl postaven v březnu na předměstí Moskvy za méně než 24 hodin. Stěny domu typu 400 čtverečních stop (37 metrů čtverečních) ve studiu byly natištěny pomocí mobilní konstrukční 3D tiskárny vyvinuté startupem Apis Cor se sídlem v Moskvě.
Namísto tisku jednotlivých betonových panelů, které by byly později ručně sestaveny, tiskárna 3D tiskla stěny a příčky jako jednu plně spojenou strukturu, což umožňuje neobvyklý kulatý tvar domu.
Střecha, dveře a okna byly jediné součásti, které museli lidští pracovníci následně instalovat. Dům prototypu stál asi 10 134 dolarů nebo 25 USD za metr čtvereční (275 $ za metr čtvereční). Nejdražšími komponentami byly podle vývojářů okna a dveře.
Společnost věří, že 3D tisk by mohl stavbu nejen výrazně zrychlit, ale také ekologičtější.
Dům ze skla
Sklo, materiál používaný lidmi od starověkého Egypta, dlouhodobě odolává 3D tisku. Je to proto, že ke zpracování musí být materiál zahřát na extrémně vysoké teploty až 1 832 stupňů Fahrenheita (1 000 stupňů Celsia). Přestože existují složité průmyslové 3D tiskárny, které dokážou pomocí laserů zahřívat materiály na velmi vysoké teploty, byl výsledný produkt při použití na skle spíše nepoužitelný.
Vědci z německého technologického institutu Karlsruhe v Eggensteinu-Leopoldshafenu vyřešili problém novou technikou, která umožňuje vytvářet složité skleněné struktury s konvenční 3D tiskárnou - bez potřeby laserového ohřevu.
Jako výchozí materiál použili inženýři tzv. Tekuté sklo - směs nanočástic oxidu křemičitého, ze kterého je sklo vyrobeno - dispergované v akrylovém roztoku. Objekt je vytištěn ve 3D a poté vystaven UV světlu, které ztvrdne materiál do jakéhokoli plastu, jako je akrylové sklo. Poté se předmět zahřeje na asi 1 372 ° F (1 300 ° C), vypálí plast a spojí nanočástice oxidu křemičitého dohromady do hladké, průhledné skleněné struktury.
Sýr
Na rozdíl od skla lze sýr snadno tavit. Není tedy překvapením, že vědci viděli mléčný výrobek jako ideální kandidát pro experimenty s 3D tiskem s jídlem.
Tým vědců z School of Food and Nutritional Sciences na University College Cork v Irsku použil směs, která je podobná té, která se používá pro výrobu taveného sýra, a stříkal jej tryskou 3D tiskárny k vytvoření „nového“ druhu zpracovaného sýr.
Směs byla zahřívána na 167 stupňů Fahrenheita (75 stupňů Celsia) po dobu 12 minut, a poté proběhla 3D tiskárnou při dvou různých rychlostech vytlačování. (Rychlost vytlačování je rychlost, kterou tiskárna vytlačuje roztavený sýr injekční stříkačkou.)
Zpracovaný sýr obsahuje směs přísad, včetně emulgátorů, nasycených rostlinných olejů, extra soli, potravinářského barviva, syrovátky a cukru. Nemusí to být přesně ten nejzdravější typ sýra, takže není jasné, zda by nový lék získal nutriční pečeť.
Z pohledu vědců byl 3D sýr stále úspěšný. Bylo to 45 až 49 procent měkčí než neošetřený tavený sýr, trochu tmavší barvy, trochu pružnější a tekutější, když se tavilo. Studie neposkytla žádné závěry o chuti.
Živé dětské figuríny
Děti, které se cítí jako skutečné, byly vytištěny 3D nizozemskými vědci, kteří doufají, že zdokonalí metody školení pro lékaře pracující s novorozenci.
Dětské figuríny, které se v současné době používají pro výcvik lékařů, jsou příliš mechanické a nezajišťují skutečný pocit ošetření křehkého dítěte. Vedoucí výzkumný pracovník Mark Thielen, lékařský konstruktér na Eindhoven University of Technology v Nizozemsku, řekl Live Science v březnu.
3D tisk umožnil Thielenovi a jeho týmu vytvářet anatomicky přesné figuríny, které zahrnují realistické vnitřní orgány. K dosažení nejvyšší úrovně přesnosti vědci použili MRI skenování novorozeneckých orgánů, které byly následně vytištěny s vysokou úrovní detailů. Například srdce s 3D potiskem by obsahovalo podrobné pracovní ventily. Figuríny dokonce mají v žilách cirkulující krevní tekutinu.
Cílem je poskytnout vysokou úroveň realistické taktilní zpětné vazby při provádění klinických zásahů na figuríny, řekl Thielen. Jinými slovy, když chirurgové pohybují částí figuríny nebo vyvíjejí tlak na určitou oblast, cítí se a pohybují se jako skutečná věc.
Oči
Nizozemští vědci vytvořili 3D oči, které pomáhají dětem narozeným bez správně vyvinutých očí vypadat relativně normálně. 3D oční protézy bohužel nedávají dětem možnost vidět.
Asi 30 z každých 100 000 dětí se rodí s podmínkami zvanými mikrofrofalmie a anoftalmie, což znamená, že jejich oči buď zcela chybí, nebo nejsou dostatečně vyvinuté. Výsledkem je, že jejich oční patice postrádají strukturální podporu, kterou potřebují, aby se obličeje dětí vyvíjely normálním způsobem.
Pokud dospělý ztratí oko, dostane permanentní oční protézu. To však není možné u dětí, které rostou velmi rychle, zejména v prvních měsících a letech jejich života.
Vědci uvedli, že 3D tisk dočasných podpůrných struktur, nazývaných konforméry, lze provést rychle, levně a v rozsahu velmi přesných velikostí.
To je nesmírně důležité, protože bez oka nemá kost kolem patice náležitou stimulaci a obličej nevyvíjí přirozeně vypadající proporce.
Konforméři již byli v květnu testováni na malé skupině pěti dětí.
Horolezecký robot
Robot s měkkými gumovými 3D-potisknutými nohami ukázal své vynikající schopnosti dobýt drsný terén, což je úkol, který obvykle ochromuje tradiční roboty.
Inženýři z University of California v San Diegu digitálně navrhli nohy robota a modelovali jeho výkon a chování v různých situacích - například na měkkém písčitém povrchu, v úzkých prostorech nebo při lezení po skalách.
Nakonec si vybrali design, který se skládal ze tří spojených spirálovitých trubek, které jsou uvnitř duté a vyrobené z kombinace měkkých a tuhých materiálů.
Když dělají krok, nohy vyzkoušejí okolní terén a poté se okamžitě upraví pomocí pístů, které se v určitém pořadí nafouknou a určí pohyb robota.
Novinkou designu je podle inženýrů skutečnost, že nohy robota se mohou ohýbat ve všech možných směrech.
"Smích"
První umělecké dílo bylo vytvořeno ve vesmíru v únoru letošního roku pomocí 3D tiskárny na palubě Mezinárodní vesmírné stanice.
Umělecké dílo představuje smích člověka a bylo vytvořeno ve spolupráci mezi izraelským umělcem Eyal Geverem a kalifornskou společností Made In Space v rámci projektu s názvem #Laugh.
Vesmírní nadšenci byli vyzváni, aby se podíleli na tvorbě vesmírného umění prostřednictvím aplikace, která zachycuje smích uživatelů a proměňuje jej v digitální 3D model připomínající hvězdu.
Do projektu, který začal v prosinci 2016, přispělo k smíchu více než 100 000 lidí. Uživatelé aplikace si poté vybrali nejlepší smíchovou hvězdu, která byla založena na smíchu Naughtia Jane Stanko z Las Vegas. Návrh byl následně přenesen do ISS a vytištěn ve 3D na stroji, který se obvykle používá pro výrobu náhradních dílů.
Mikrokamera
Němečtí vědci vytvořili pomocí 3D tisku mikrokameru, kterou lze použít na miniaturních robotech a robotech nebo chirurgických endoskopech.
Kamera poskytuje vidění orlíkem - schopnost jasně vidět vzdálené objekty a zároveň si být vědoma toho, co se děje v periferním vidění.
Pro vytvoření zařízení inženýři z Institutu technické optiky na univerzitě ve Stuttgartu v Německu vytiskli shluky čtyř čoček na čip pro snímání obrazu technikou zvanou femtosekundový laserový zápis.
Miniaturní čočky se pohybují od širokých po úzké a od nízkých až po vysoké rozlišení. Tato struktura umožňuje kombinovat obrázky do tvaru býčího oka s ostrým obrazem ve středu, podobně jako vidí orli.
Čtyři čočky mohou být zmenšeny na pouhých 300 mikrometrů na 300 mikrometrů (0,012 palce nebo 0,03 centimetrů na každé straně), přibližně o velikosti zrna písku. Vědci však tvrdí, že pokud budou k dispozici menší čipy, bude v budoucnu možné zařízení ještě zmenšit.
