3D-принтер — история создания, принцип действия и возможности

Биотехнологическая компания Organovo продекларировала весьма масштабные цели на 2014 год. Ученые этой организации собираются получить человеческую печень методом 3Д-печати. Подобные образцы ткани печени уже были получены в 2011 году. Однако они не содержали сосудов, реализовать наличие которых оказалось непреодолимой задачей. Теперь же работники Organovo намереваются воссоздать полноценный орган. Конечно, до успешной пересадки человеку 3Д-копии еще далеко, но перед исследовательской деятельностью открываются широкие возможности. Наблюдение за реакциями на лекарства и другими функциями напечатанной печени должны продвинуть на следующий уровень фармакологию и медицину. Особо воспаленные умы уже заговорили о бессмертии человека.

3d_touch_3d_printer

История создания

Медицинское применение 3Д-принтеров не стояло у основы их появления. Начальной идейной базой инновационной технологии было удешевление производства. Мелкосерийное производство, которое набрало серьезные обороты в 90-х годах, требовало приличные затраты на разработку внешнего вида и начинки каждого товара. Расходы на эскизы, лекала, прототипы, макеты начали выливаться в приличную сумму. Тогда на предприятиях стали появляться аппараты, которые быстро и точно создавали требуемые модели. Конструктивной основой этих машин было числовое программное управление. Они с успехом применяются на различных предприятиях и сейчас. 3Д-принтер является эволюционным наследником этих агрегатов.

В 1986 году Чарльз Халл создал установку, которая, используя метод стереолитографии, могла создавать 3Д-прототипы. В 1990 году семья ученых Крамп впервые использовала метод наплавления в 3Д-воссоздании. Переломным в объемной печати можно считать 1995 год, когда компания  Solidscape разработала специальный струйный принтер, который создал трехмерное изображение. С этой отправной точки стартуют понятия «3Д-печать» и «3Д-принтер». Технологию стали развивать по всему миру. Появилось множество компаний, которые привносили новые возможности и улучшения. Прорывом в молодой технологии стало появление метода печати  PolyJet, использующий для объемной модели фотополимерный жидкий пластик. Вариант такой 3Д-печати был более дешевым и точным. Это позволило делать не только макеты и прототипы, а и готовые к использованию объекты.

Принцип действия

3D-printers

Основой работы 3Д-принтера служит запрограммированное послойное воссоздание модели. Технологии реализации могут быть различными. Существует два основных подхода печати: лазерный и струйный. Эти варианты в свою очередь делятся на более узкие подразделения.

В лазерной методике это: стереолитография, сплавление, ламинирование. Лазерная стереолитография основана на воздействии излучения лазера к фотополимеру. Фотополимер – это вещество, которое меняет свои свойства под действием светового потока. В данном способе используется платформа, погружаемая в фотополимер на высоту слоя печати (0.1-0.2 мм). На вещество оказывают запрограммированное излучение, которое приводит к затвердеванию слоя. Дальше платформа опускается пошагово, воссоздавая весь объект послойно. На качество полученного 3Д-объекта влияют характеристики используемого фотополимера и уровень облучения.

Лазерное сплавление предусматривает влияние излучения на порошковое состояние металла или пластика. Послойно материал плавится в требуемый контур детали. Метод ламинирования использует набор слоев рабочего материала. Из каждого слоя вырезается заданное сечение, формируя при складывании всю 3Д-модель. Слои подвергаются склеиванию.

Струйный подход к 3Д-печати тоже имеет немало ответвлений. Головка принтера может выдавливать частицы разогретого термопластика на охлажденную платформу. При этом происходит быстрое остывание и отвердение слоя воссоздаваемого объекта. В другом похожем способе для затвердения материала используют ультрафиолет. Есть и аналог лазерному сплавлению. Для формирования модели из порошкообразного вещества используется жидкость, поступающая из струйной головки. На струйной основе работают и биопринтеры, создающие образцы органов. Материалом таких приборов являются стволовые клетки, которые, взаимодействуя и развиваясь, образуют искомый экземпляр.

Достижения и перспективы

Развитие 3Д-принтеров может произвести переворот в производстве. Уже сейчас распространены примеры трехмерной печати различных готовых изделий. Создано даже работающее огнестрельное оружие, а в Филадельфии уже успели принять закон, запрещающий такую опасную 3Д-печать.

3dprintedrifle

Ну а макетное применение уже давно используется множеством разработчиков. Модели из прозрачного материала значительно упрощают изучение внутреннего функционирования сложных механизмов. Уже существуют самовоссоздаваемые 3Д-принтеры. Модель RepRap может произвести более половины собственных деталей.

Но более впечатляющими кажутся успехи в медицинской плоскости. Уже сейчас хирурги пользуются 3Д-моделями для более точного диагностирования и вмешательства. Такой подход неимоверно повысил качество операционных и профилактических действий. Зубное протезирование тоже рассыпалось в благодарностях 3Д-принтеру.

3d_gun_06

Ученые Великобритании смогли создать образец глазной сетчатки, что в перспективе может уничтожить само понятие «плохое зрение». А искусственные донорские органы помогут бороться с неизлечимыми болезнями и глобально упростят операции по пересадке. Перед 3Д-печатью ставятся немыслимые цели и задания, которые не кажутся невыполнимыми.

sfery-primenenija-3d-pechati-25

Появились энтузиасты, которые хотят сделать 3Д-принтер массовым ресурсом. Был создан прототип уличного автомата для 3Д-печати. Проект получил название Dreambox. Через интернет передается образец требуемой модели, а результат можно забрать в месте установки автомата. Возможно, в ближайшем будущем такой аппарат будет стоять в каждом доме, печатая владельцу любые предметы.

Дайте свою оценку данной статье


Поделитесь этой статьей со своими друзьями

Оставьте свой отзыв

Вы должны Войти, чтобы оставлять отзывы. Вы также можете войти через соцсеть: