Прорив у відтворенні реалістичної моделі руки людини за допомогою 3D-друку в США

Розроблено нову методику 3D-друку, яка отримала назву "Керування кристалічністю в адитивному виготовленні термопластиків" (CRAFT). Цей метод дозволяє створювати 3D-об'єкти з різними механічними та оптичними властивостями, такими як твердість і прозорість, на рівні пікселів, використовуючи один дешевий матеріал.

Дослідники з Техаського університету в Остіні, у співпраці з Національними лабораторіями Сандії, розробили цей метод, який дозволяє перетворювати один дешевий рідкий матеріал на справжнього "хамелеона" за властивостями.

Команда навіть створила реалістичну модель людської руки. "Ми можемо керувати молекулярним порядком на тривимірному рівні, змінюючи механічні та оптичні властивості матеріалу", — сказав Зак Пейдж, доцент хімії в університеті Техасу. "І все це за допомогою простого та недорогого початкового матеріалу, змінюючи лише інтенсивність світла. Це саме простота, що робить цей метод захоплюючим", — додав він.

Контроль властивостей світлом

CRAFT трансформує звичайну рідину — циклооктен — у складні тверді об'єкти, проектуючи різні світлові патерни через комерційний 3D-принтер. За звичайних умов циклооктен є просто пластиком. Проте команда виявила, що, точно регулюючи інтенсивність світла через градації сірого, можна контролювати "молекулярний порядок" матеріалу в процесі його твердіння.

Завдяки зміні інтенсивності світла дослідники можуть зробити одну частину об'єкта твердою і прозорою, тоді як інша частина залишатиметься м'якою та непрозорою — все це в межах одного виробу.

Медичне застосування

Найближчий вплив цього методу може відчути медичні навчальні заклади. Наразі студенти, що практикують складні хірургічні операції, використовують трупи, що є дорогими, складними у знаходженні і викликають етичні питання. Альтернативою є пластикові моделі, які не дають відчуття реальної людської шкіри.

CRAFT пропонує кращу альтернативу для медичних студентів, імітуючи складні з'єднання між кістками, зв'язками та м'язами в межах одного виробу. Наприклад, дослідники змогли надрукувати людську руку, використовуючи тільки один матеріал, точно налаштовуючи його для відтворення різних текстур шкіри, зв'язок, сухожиль і кісток.

Існуючі високоякісні 3D-принтери часто не можуть з'єднувати різні матеріали, що призводить до руйнування на з'єднаннях. Однак CRAFT створює плавні переходи, які відтворюють природні людські тканини. Це дозволяє студентам отримувати реалістичні, міцні моделі для тренувань без високих витрат і складнощів із забезпеченням біологічних зразків.

Доступний метод друку

Окрім медичних застосувань, CRAFT може використовуватися для створення "біоінспірованих" матеріалів для амортизації енергії в обладнанні, такому як шоломи та броня, а також для звукоізоляції. Природа створює міцність завдяки поєднанню твердих і м'яких шарів, як, наприклад, кора дерев. CRAFT робить те саме, створюючи матеріали, які поглинають удари та вібрації, замість того, щоб ламатися.

Крім того, CRAFT покращує попередні методи, використовуючи більш прості смоли і стандартне обладнання. Хоча матеріали, отримані за допомогою цієї технології, не є повністю переробними, метод підтримує сталий розвиток: надруковані об'єкти можна розплавити або розчинити в розчиннику та переплавити в нові форми, значно зменшуючи відходи матеріалів.

“DLP або LCD 3D-друк, з якими сумісний цей метод, — це одні з найдешевших принтерів, які можна придбати”, — зазначив Пейдж. “Ви можете придбати такий принтер з можливістю проекції в градаціях сірого за $1000 або менше і почати друкувати”, — додав він.

Ця робота отримала підтримку Міністерства енергетики США, Національного наукового фонду та Фонду Роберта А. Уелча. Результати були опубліковані в журналі Science 29 січня.

Підписуйтесь на наш Телеграм канал

Підписуйтесь на наш канал і будьте в курсі всіх останніх подій України та Світу

Відкрити канал