Скоростной 3D-принтер напечатает вам легкое.

Новый 3D-принтер сочетает в себе принципы работы компьютерного томографа со световым моделированием для создания объектов с уникальными комбинациями свойств в рекордно короткие сроки.

Представьте себе создание копии фигурки бюста Альберта Эйнштейна с мягкими щеками, твердым лбом и содержащей физическую копию удивительного мозга, просто нажав кнопку «печать». Или, что еще более впечатляюще, искусственное сердце с той же плотностью и эластичностью, что и настоящее. Это лишь несколько примеров 3D-печатных объектов, которые исследователи из Технического университета Дании (DTU) пытаются претворить в реальность с помощью новой технологии 3D-печати.

По словам доцента И Яна из отдела химии Датского технического университета, принтер использует принципы реверсивной компьютерной томографии.

«Наш принтер будет создавать физический объект на пересечении снимков компьютерной томографии. Технология позволяет нам создавать трехмерные объекты с различными свойствами и переходами материалов», — говорит И Янг.

Компьютерная томография позволяет получить трехмерное изображение, например, мозга, путем сопоставления информации из большого количества двухмерных изображений. Они получаются из проекций рентгеновских лучей, которые вращаются вокруг пациента и показывают различные типы тканей. Новый 3D-принтер, с другой стороны, будет воспроизводить физические объекты, позволяя лучам света попадать на вращающуюся массу и придавать ей форму в соответствии с трехмерной моделью, составленным из двухмерных изображений.

Первые результаты междисциплинарного проекта недавно были опубликованы в журнале Nature Communications.

Печать в трех плоскостях

Хотя современные 3D-принтеры производят объекты в трехмерном виде, фактическая печать происходит в двумерно. Материал, например, пластиковые смолы, застывает слой за слоем, или точка за точкой, и объекты печатаются снизу вверх на плате принтера. Однако новый 3D-принтер будет печатать в трех измерениях.

Доцент И Ян объясняет: «Мы используем метод, называемый томографической фотополимеризацией в ванне (TVP), который позволяет печатать все точки 3D-объекта одновременно. Представьте себе коробку, в которой находится жидкий полимер — своего рода чернила для принтера. Под воздействием света определенной длины волны, определяемой по 3D-изображению, разложенному на томограммы, чернила превращаются в твердое вещество нужной формы».

Можно регулировать эластичность

Вместе с доцентом Аминулом Исламом и профессором Кристоффером Альмдалом И Ян разрабатывает подходящие типы аппаратов для нового рецепта светочувствительной полимерной смолы. Ученые намерены воспользоваться одним из больших преимуществ технологии светозависимой 3D-печати.

«Мы можем варьировать мягкость нашего 3D-объекта в зависимости от требований нашей компьютерной модели. Этого можно добиться, управляя различными длинами волн, поступающих от источников света», — говорит И Ян.

На данный момент принтеру удалось напечатать множество сложных геометрических форм с использованием функционально градиентных материалов.

Доцент объясняет, что потенциал принтера простирается далеко за пределы коммерческого производства различных изделий. Но уникальные возможности быстрой настройки мягкости и формы также означают, что он технологии может найтись и иное применение — в создании искусственных тканей и органов с разветвленными сетями кровеносных сосудов.

«Степень детализации и гибкости нашей 3D-печати, надеюсь, будет настолько обширной, что эта технология может быть использована для производства полностью васкуляризированных (наполненных капиллярами и кровеносными сосудами) конструкций с использованием биополимеров в качестве «чернил». Эта технология, возможно, сможет воспроизвести мягкость и уникальное строение кровеносных сосудов, капилляров и мышц. Нам предстоит пройти долгий путь, но, надеюсь, принтер сможет приблизить нас к цели», — говорит Янг.

Беспрецедентная скорость

Хотя некоторые из потенциальных преимуществ принтера относятся к будущему, он уже обладает характеристиками, которые могут произвести революцию в 3D-печати.

Обычно скорость 3D-печати зависит от сложности объекта и количества вокселей. Воксели — это 3D-пиксели, которые можно описать как все маленькие точки, формирующие изображение, или, в случае с вокселями, трехмерную фигуру.

Однако, поскольку новый 3D-принтер использует перевернутое изображение КТ в качестве шаблона и просто изменяет полимерный материал с помощью световых лучей, а не печатает точку за точкой, объекты могут быть изготовлены практически мгновенно.

«В принципе, технология позволяет загрузить компьютерную томограмму объекта и нажать кнопку «печать». Через мгновение после этого появится копия объекта, выполненная с реальной эластичностью — заключает Янг.

Новое сердце, кожа или поджелудочная железа, в мгновение ока напечатанные для вас – что может быть лучше? И пока мы с надеждой следим за ходом исследований и развития технологии, заботящиеся о своем здоровье могут потратить пару минут и зарегистрировать домен .health