Mit tud a 3D nyomtatás? Itt van 6 kreatív példa
A 3D nyomtatást már használják autóalkatrészek, okostelefon tokok, divatkiegészítők, orvosi berendezések és mesterséges szervek készítésére. Charles “Chuck” Hull 1984-ben alkotta meg az első működőképes 3D nyomtatót, és a technológia azóta hosszú utat tett meg. A gyártó vállalatok és az űrkutatási szervezetek dollármilliárdokat takarítottak meg azzal, hogy a 3D nyomtatást használták az alkatrészek gyártásához. A 3D nyomtatás életek megmentésében is segített. Az egyik legjobb módja annak, hogy megismerje, mire képes a 3D nyomtatás, ha a technológiával kapcsolatos valós alkalmazásokat kutatja. Az alábbiakban 6 kreatív példát mutatunk be a 3D nyomtatás felhasználására:
1.) 3D nyomtatott szervek
A 3D nyomtatást arra használták, hogy a beteg saját sejtjeiből szerveket nyomtassanak. Ez azt jelenti, hogy a betegeknek a jövőben talán már nem kell sokáig várniuk a donorokra. Korábban a kórházak kézzel készített szerkezeteket ültettek be a betegekbe. A 3D nyomtatás drasztikusan javította ezt a folyamatot.
A 3D nyomtatás segítségével Dr. Anthony Atala, a Wake Forest regeneratív orvostudományi tanszékének munkatársa élő sejtekkel tudott szerv alakú mesterséges állványzatokat létrehozni. Először kinyomtatják az állványzatot, majd bevonják élő sejtekkel. Most a Regeneratív Tanszék olyan 3D nyomtatók építésén dolgozik, amelyek pontosan egyszerre képesek mesterséges állványzatokat és élő sejteket nyomtatni.”
Dr. Atala a 3D nyomtatású szervekről szóló TED Talks előadásán elmondta, hogy “a transzplantációs listán lévő betegek 90 százaléka valójában vesére vár. Naponta halnak meg betegek, mert nincs elég ilyen szervünk”. Dr. Atala elmondta, hogy a betegek CT-felvételeiből rekonstruálni tudják a vese teljes térfogatát.”
Kaiba Gionfriddo
2011. október 28-án Kaiba Gionfriddo koraszülöttként, tüdőfejlődési problémákkal született. Amikor a Gionfriddo család hat héttel később egy étteremben volt, Kaiba leállt a légzése és kékülni kezdett. Kaibánál tracheobronchomalaciát diagnosztizáltak, ami azt jelenti, hogy a légcsöve gyenge volt. Ennek következtében Kaiba légcsöve és bal hörgője összeesett. Kaiba légcsőmetszést kapott, és lélegeztetőgépet kellett használnia, de ez nem volt megfelelő hosszú távú megoldás. Kaiba nem tudott jól lélegezni, és a szíve szinte naponta megállt. Ekkor döntöttek úgy a Michigani Egyetem orvosai, hogy 3D-nyomtatott tüdősínt használnak.
Dr. Glenn Green és Dr. Scott Hollister a Michigani Egyetemen 3D-nyomtatással készítettek biorezorbeálható sínt. A két orvos prototípusként építette a sínt, és nem volt 100%-ban bevált megoldás, de Kaiba azonnal segítségre szorult, nem volt ideje várni. Dr. Greennek és Dr. Hollisternek gyorsan sürgősségi engedélyt kellett szereznie az FDA-tól, és CT-felvételeket kellett készítenie Kaiba légcsövéről, hogy pontos képet készíthessenek. Számítógépes modellező szoftvert használtak a sín elkészítéséhez és Kaiba légcsövének illesztéséhez. A sínt polikaprolaktonból (biológiailag lebomló poliészter) nyomtatták. Körülbelül 3 héttel a műtét után Kaiba már nem szorult lélegeztetőgépre a légzéshez.
2.) 3D nyomtatás az autóiparban
General Motors
Amikor a General Motors elkezdte a 2014-es Chevrolet Malibu gyártását, a vállalat mérnökei a 3D nyomtatást használták, hogy időt takarítsanak meg a jármű alkatrészeinek prototípusgyártásához. A GM sztereolitográfiát, speciális szoftvereket, matematikai adatokat és lézeres szinterezést használt, hogy folyékony gyantából építsen alkatrészeket a Malibu fejlesztéséhez.
A General Motors szerint a gyors prototípusgyártás különösen hasznosnak bizonyult a padlókonzol esetében, amely okostelefon-tartókat tartalmaz a vezető és az utas számára. Az alkatrészek súlya is könnyebb lett, így a Malibu jobb üzemanyag-fogyasztást biztosít. A GM a 3D-nyomtatást az elülső homlokzati rész kialakításához használta a járművek szélcsatornában történő teszteléséhez. A 3D nyomtatást használták az első ülések háttámláinak megformálásához is.
Ford Motor Company
A Ford Motor Company 3D nyomtatást használ a járművei számos alkatrészének prototípusainak elkészítéséhez, például hengerfejek, féktárcsák, váltógombok és szellőzők. A 3D nyomtatást a Ford Torrence Avenue összeszerelő üzemében az Explorer és az EcoBoost motorok gyártásához használták.
Urbee 2
Jim Kor és mérnökcsapata egy egész járművet épít 3D nyomtatókkal Urbee 2 néven. Az eredeti Urbee karosszériája 3D nyomtatással készült. Az Urbee 2 egésze azonban nagyrészt 3D nyomtatással készül majd. Az Urbee 2 az eredetihez képest jobban fog hasonlítani egy gyártásra kész autóra is.
Kor csapata az Urbee 2-t New Yorkból San Franciscóba fogja vezetni a befejezés után, és várhatóan kevesebb energiát fog fogyasztani, mint a legtöbb más szériaautó. Céljuk, hogy a teljes út során 10 amerikai gallon benzint használjanak.
3D nyomtatott Urbee autó / Credit: Korecologic.com
3). 3D nyomtatás a repülőgépiparban
A közelmúltban a NASA 3D nyomtatóból készült rakétahajtómű-befecskendezője átment egy komoly forró tűzpróbán. A teszt során a rakétahajtómű injektora 10-szer nagyobb tolóerőt generált, mint bármely korábbi 3D nyomtatásból készült injektor.
Credit: NASA
A NASA mérnökei a nikkel-króm ötvözetű por összeolvasztása érdekében szelektív lézerolvasztással tudták megépíteni az injektort. A tesztalkatrész akkora volt, mint egy kis rakétahajtóműben használt injektor, de a kialakítása hasonló ahhoz, ahogy egy injektor egy nagyobb hajtóműben kinéz. Az injektor nagyobb méretre méretezhető, amikor gyártásra kész lesz.
A NASA egy 3D nyomtatót is fel fog küldeni a világűrbe annak a tervnek a részeként, hogy egy “mini gyárat” hozzon létre a Nemzetközi Űrállomáson (ISS). Ha az űrhajósok kifogynának a szerszámokból, egyszerűen többet tudnának nyomtatni. Az asztronautáknak nem kellene többé minden egyes küldetéshez tartalék alkatrészeket magukkal vinniük.
Niki Werkheiser, a NASA Marshall Űrrepülési Központjának Zero-G ISS Technology Demonstration 3D nyomtatásért felelős vezetője elmondta, hogy az alkatrészek tervét előre be lehet tölteni a nyomtatóba, vagy közvetlenül a földről is fel lehet tölteni. Az űrbeli 3D-nyomtató pilótáját 2014 őszén egy űrmisszió során fogják kipróbálni.
4.) 3D nyomtatott fegyver
A Defense Distributed egy csúcstechnológiás fegyverkészítő csoport, amely létrehozta a világ első teljesen nyílt forráskódú 3D nyomtatott fegyverét, a “Liberator” nevű fegyvert. A fegyver tizenhat alkatrésze közül tizenöt 3D nyomtatott műanyagból készült, a test pedig egy éjszaka alatt marható. Cody Wilson a Defense Distributed-tól úgy véli, hogy a “Liberator” bizonyítja a kormányok képtelenségét a fegyvertartás ellenőrzésére.
Credit: Michael Thad Carter for Forbes
5). 3D nyomtatott protézisek
Emma Lavelle
Amikor Emma Lavelle megszületett, a lábai a füléig felemelkedtek, a vállai pedig belsőleg el voltak forgatva az arthrogryposis multiplex congenita nevű ritka genetikai rendellenesség miatt. Emma lábait lefelé gipszelték, és lassan kezdett újra fejlődni. Dr. Tariq Rahman, az Alfred DuPoint Gyermekkórház Nemours Biomedikai Kutatóintézetének munkatársa a kórház mérnökeivel együttműködve egy tartós “exoskeleton” megépítésén dolgozott egy 3D nyomtató segítségével. Egy philadelphiai konferencián Dr. Rahman előadást tartott a Wilmington Robotic Exoskeletonról (WREX), és Emma szülei így szereztek tudomást az orvosi eszközről. Amikor Emmát felszerelték a WREX-szel, először tudta a karját a szájához emelni. Az elmúlt évben több mint 15 beteg kezdte el viselni a 3D nyomtatott WREX-et. Emma kinőtte az elsőt, és már a másodikat viseli.
Buttercup a kacsa
Buttercup a kacsa bal lábbal hátrafelé született. Boglárka kapott egy új szilikonlábat, amelyet 3D nyomtatóval készítettek. Boglárka egy középiskolai biológia laborban született 2012 novemberében, és a gondozó nem tudta elfordítani a lábát. Most a texasi Arlingtonban található Feathered Angels vízimadár-menhelyen él, Buttercupot Mike Garey gondozza. Garey észrevette, hogy Buttercup nem lenne képes túlélni a bicegést.
Ezért a Collierville-i Állatklinika amputálta Buttercup bal lábát, a NovaCopy nevű 3D nyomtató cég pedig szilikonból készített egy új lábat Buttercup számára. A NovaCopy egy szilikon zoknit is kinyomtatott, hogy a 3D nyomtatott lábat a testhez rögzítse. Ahhoz, hogy a láb a helyén maradjon, a Feathered Angels egy Winters Gel nevű zselés anyagot használt (ez egy olyan bélés, amelyet a Delfinmese című film alapjául szolgáló Winter delfin farkának rögzítéséhez fejlesztettek ki).
Mára Buttercup képes minden olyan dologra, amire az állomány többi kacsája is képes. Íme egy videó, amelyen Buttercup először használja a 3D nyomtatott lábprotézist:
3D nyomtatott állkapocs
Múlt évben belga és holland orvoskutatók egy 83 éves nő állkapcsát az alsó állkapocs 3D nyomtatott modelljével helyettesítették. Az orvosoknak egy súlyos fertőzés miatt el kellett távolítaniuk az állkapcsát, de a műtét az idős kora és számos más tényező miatt nagy kockázatot jelentett volna. A kutatók a Xilloc nevű implantátumgyártó céggel dolgoztak együtt az állkapocs pótlásán. Az implantátumot 3D nyomtatóval állították össze, porított titánból, lézerolvasztásos eljárással. A műtét után mindössze egy nappal a 83 éves nő már normálisan tudott beszélni és nyelni.
Az implantátum kék színű. (Hitel: Xilloc)
6.) A 3D nyomtatás mint az érzékszervek segítésének módja
Yahoo! Hands On Search
Japánban a Yahoo! a Hakuhodo Kettle nevű kreatív ügynökséggel együttműködve segít egy vakok iskolájának. A Yahoo! egy Hands On Search nevű gép segítségével tanítja meg a vak gyerekeket a világhálón való keresésre. A Hands On Search felhő alakú, és a hangfelismerő technológiát egy MakerBot 3D nyomtatóval kombinálja, hogy a hangalapú lekérdezéseket fizikai tárgyakká alakítsa.
3D-nyomtatott bionikus fül
A múlt nyáron a Princeton Egyetem tudósai 3D nyomtatóval készítettek egy bionikus fület. A bionikus fül sokkal jobban hall, mint amit az átlagos emberi fül érzékelni képes. A kísérlet célja az volt, hogy feltárják az elektronika és a szövetek egyesítésének hatékony módszerét. A tudósok sejtek és nanorészecskék 3D nyomtatásával hozták létre a bionikus fület.
“Korábban a kutatók javasoltak néhány stratégiát az elektronika testre szabására, hogy ez az egyesülés kevésbé legyen kínos. Ez jellemzően egy 2D-s elektronikai lap és a szövet felszíne között történik. A mi munkánk azonban új megközelítést javasol – a biológia és az elektronika szinergikusan, háromdimenziós, egymásba fonódó formában történő felépítését és növesztését” – nyilatkozta a Princeton Egyetem gépész- és űrmérnöki tanszékének adjunktusa és a projekt vezető kutatója, Michael McAlpine.
Princeton.edu