Mitä 3D-tulostus voi tehdä? Tässä 6 luovaa esimerkkiä
3D-tulostusta on käytetty autonosien, älypuhelinkoteloiden, muotiasusteiden, lääketieteellisten laitteiden ja tekoelinten valmistamiseen. Charles ”Chuck” Hull loi ensimmäisen toimivan 3D-tulostimen vuonna 1984, ja tekniikka on kulkenut pitkän matkan siitä lähtien. Teollisuusyritykset ja ilmailu- ja avaruusalan organisaatiot ovat säästäneet miljardeja dollareita käyttämällä 3D-tulostusta osien rakentamiseen. 3D-tulostus on myös auttanut pelastamaan ihmishenkiä. Yksi parhaista tavoista oppia, mitä 3D-tulostuksella voi tehdä, on tutkia teknologian tosielämän sovelluksia. Alla on 6 luovaa esimerkkiä 3D-tulostuksen käyttökohteista:
1.) 3D-tulostetut elimet
3D-tulostusta on käytetty elinten tulostamiseen potilaan omista soluista. Tämä tarkoittaa, että potilaiden ei ehkä enää tulevaisuudessa tarvitse odottaa pitkään luovuttajia. Aiemmin sairaalat istuttivat potilaille käsin tehtyjä rakenteita. 3D-tulostus on parantanut tätä prosessia huomattavasti.
Tohtori Anthony Atala Wake Forestin regeneratiivisen lääketieteen osastolta pystyi 3D-tulostuksen avulla luomaan elimen muotoisia keinotekoisia telineitä elävistä soluista. Ensin teline tulostetaan ja sitten se päällystetään elävillä soluilla. Nyt regeneratiivisen lääketieteen osasto työskentelee rakentaakseen 3D-tulostimia, jotka voivat tulostaa keinotekoisia telineitä ja eläviä soluja täsmälleen samaan aikaan.
Tohtori Atalan TED Talks -puheessa 3D-tulostettavista elimistä hän sanoi, että ”90 prosenttia elinsiirtolistalla olevista potilaista todella odottaa munuaista. Potilaita kuolee joka päivä, koska meillä ei ole riittävästi näitä elimiä.” Tohtori Atala sanoi, että he voivat rekonstruoida munuaisen koko tilavuuden potilaiden tietokonetomografiakuvista.
Kaiba Gionfriddo
Kaiba Gionfriddo syntyi 28. lokakuuta 2011 ennenaikaisesti keuhkojen kehitysongelmien vuoksi. Kun Gionfriddon perhe oli ravintolassa kuusi viikkoa myöhemmin, Kaiba lakkasi hengittämästä ja alkoi muuttua siniseksi. Kaiballa todettiin tracheobronchomalasia, mikä tarkoittaa, että hänen henkitorvensa oli heikko. Tämä aiheutti Kaiban henkitorven ja vasemman keuhkoputken romahtamisen. Kaiba sai trakeostomian ja joutui käyttämään hengityskonetta, mutta se ei ollut oikea pitkän aikavälin ratkaisu. Kaiba ei pystynyt hengittämään hyvin ja hänen sydämensä pysähtyi lähes päivittäin. Silloin Michiganin yliopiston lääkärit päättivät käyttää 3D-tulostettua keuhkolaastaria.
Tohtori Glenn Green ja tohtori Scott Hollister Michiganin yliopistosta käyttivät 3D-tulostusta bioresorboituvan laastarin rakentamiseen. Nämä kaksi lääkäriä rakensivat lastan prototyyppinä, eikä se ollut sataprosenttisesti todistettu ratkaisu, mutta Kaiba tarvitsi apua heti eikä ollut aikaa odottaa. Tohtori Greenin ja tohtori Hollisterin oli saatava nopeasti kiireellinen lupa FDA:lta ja otettava Kaiban henkitorvesta CT-kuvaus tarkan kuvan luomiseksi. He käyttivät tietokonemallinnusohjelmistoa luodakseen lastan ja sovittaakseen sen Kaiban henkitorveen. Lasta tulostettiin polykaprolaktonista (biologisesti hajoava polyesteri). Noin kolme viikkoa leikkauksen jälkeen Kaiba ei enää tarvinnut hengityskonetta hengittääkseen.
2.) 3D-tulostus autoteollisuudessa
General Motors
Kun General Motors alkoi rakentaa vuoden 2014 Chevrolet Malibua, yhtiön insinöörit käyttivät 3D-tulostusta säästääkseen aikaa, jota tarvittiin auton osien prototyyppien valmistamiseen. GM käytti stereolitografiaa, erikoisohjelmistoja, matemaattisia tietoja ja lasersintrausta rakentaakseen osia nestemäisestä hartsista tehdäkseen parannuksia Malibuun.
General Motorsin mukaan nopea prototyyppien rakentaminen osoittautui erityisen hyödylliseksi lattiakonsolissa, jossa on älypuhelinten pidikkeet kuljettajalle ja matkustajalle. Osat olivat myös kevyempiä, joten se antaa Malibulle paremman polttoainetalouden. GM käytti 3D-tulostusta etulokasuojan suunnittelussa testatakseen ajoneuvoja tuulitunneleissa. 3D-tulostusta käytettiin myös etuistuinten takapaneelien muotoiluun.
Ford Motor Company
Ford Motor Company käyttää 3D-tulostusta monien ajoneuvojensa osien, kuten sylinterinpäiden, jarrujen roottoreiden, vaihteenvaihtonuppien ja tuuletusaukkojen, prototyyppien valmistamiseen. 3D-tulostusta käytettiin Fordin Torrence Avenuen kokoonpanotehtaalla Explorerin ja EcoBoost-moottoreiden valmistuksessa.
Urbee 2
Jim Kor ja hänen insinööritiiminsä rakentavat 3D-tulostimilla kokonaista ajoneuvoa nimeltä Urbee 2. Alkuperäisen Urbeen kori tehtiin 3D-tulostuksen avulla. Urbee 2 kokonaisuudessaan tulee kuitenkin olemaan suurimmaksi osaksi 3D-tulostettu. Urbee 2 tulee myös näyttämään alkuperäiseen verrattuna enemmän tuotantovalmiilta autolta.
Korin tiimi ajaa Urbee 2:lla valmistuttuaan New Yorkista San Franciscoon, ja sen odotetaan kuluttavan vähemmän energiaa kuin useimmat muut tuotantoautot. Heidän tavoitteenaan on käyttää 10 Yhdysvaltain gallonaa bensiiniä koko matkan aikana.
3D-tulostettu Urbee-auto / Credit: Korecologic.com
3.) 3D-tulostus ilmailu- ja avaruusteollisuudessa
Juuri äskettäin NASA:n 3D-tulostimella valmistettu rakettimoottorin ruiskutuslaite läpäisi merkittävän kuumapalotestin. Testissä rakettimoottorin injektori tuotti 10 kertaa enemmän työntövoimaa kuin yksikään aiemmin 3D-tulostamalla tehty injektori.
Luotto: NASA
NASA:n insinöörit pystyivät rakentamaan injektorin valikoivalla lasersulatuksella sulattaakseen yhteen nikkeli-kromiseosjauheen. Koekappale oli pienessä rakettimoottorissa käytettävän injektorin kokoinen, mutta rakenne muistuttaa sitä, miltä injektori näyttää suuremmassa moottorissa. Injektori voidaan skaalata suurempaan kokoon, kun se on tuotantokelpoinen.
NASA aikoo myös lähettää 3D-tulostimen avaruuteen osana suunnitelmaa perustaa ”minitehdas” kansainväliselle avaruusasemalle (ISS). Jos astronauteilta loppuvat työkalut, he voisivat yksinkertaisesti tulostaa lisää. Astronauttien ei enää tarvitsisi kantaa varaosia mukanaan jokaista tehtävää varten.
Niki Werkheiser, joka johtaa 3D-tulostusta Zero-G ISS Technology Demonstration -hankkeessa NASA:n Marshallin avaruuslentokeskuksessa, kertoi, että osien suunnitelmat voidaan ladata valmiiksi tulostimeen tai ne voidaan ladata suoraan maasta. Ulkoavaruuden 3D-tulostimen pilottia on tarkoitus testata avaruuslennolla syksyllä 2014.
4.) 3D-tulostettu ase
Defense Distributed on korkean teknologian aseseppäryhmä, joka loi maailman ensimmäisen täysin avoimen lähdekoodin 3D-tulostetun aseen nimeltä ”Liberator”. Aseen kuudestatoista osasta viisitoista on tehty 3D-tulostetusta muovista ja rungon voi syövyttää yhdessä yössä. Defense Distributedin Cody Wilson uskoo, että ”Liberator” osoittaa hallitusten kyvyttömyyden valvoa aseiden käyttöä.
Credit: Michael Thad Carter for Forbes
5.) 3D-tulostetut proteesit
Emma Lavelle
Kun Emma Lavelle syntyi, hänen jalkansa olivat korviaan myöten koholla ja hartiat olivat sisäisesti kiertyneet harvinaisen geneettisen häiriön nimeltä arthrogryposis multiplex congenita vuoksi. Emman jalat kipsattiin alaspäin, ja hän alkoi hitaasti kehittyä uudelleen. Tohtori Tariq Rahman Alfred DuPoint Hospital For Children -sairaalan Nemoursin biolääketieteellisestä tutkimuslaitoksesta työskenteli sairaalan insinöörien kanssa rakentaakseen 3D-tulostimella kestävän ”ulkoluurangon”. Tohtori Rahman piti Philadelphiassa pidetyssä konferenssissa esitelmän Wilmington Robotic Exoskeletonista (WREX), ja näin Emman vanhemmat saivat tietää lääketieteellisestä laitteesta. Kun Emma varustettiin WREXillä, hän pystyi ensimmäistä kertaa nostamaan kätensä suuhunsa. Viimeisen vuoden aikana yli 15 potilasta on alkanut käyttää 3D-tulostettua WREXiä. Emma kasvoi ulos ensimmäisestä ja käyttää nyt toista.
Buttercup the Duck
Buttercup the Duck syntyi vasen jalka väärinpäin. Buttercup on saanut uuden silikonijalan, joka luotiin 3D-tulostimella. Buttercup syntyi lukion biologian laboratoriossa marraskuussa 2012, eikä hoitaja pystynyt kääntämään sen jalkaa ympäri. Nyt Buttercup asuu Feathered Angels Waterfowl Sanctuary -vesilintujen suojelualueella Arlingtonissa, Texasissa, ja siitä huolehtii Mike Garey. Garey huomasi, että Buttercup ei selviäisi ontumalla.
Sen vuoksi Buttercupin vasen jalka amputoitiin Colliervillen eläinklinikalla, ja NovaCopy-niminen 3D-tulostusyritys rakensi Buttercupille uuden jalan silikonista. NovaCopy tulosti myös silikonisukan, jolla 3D-tulostettu jalka kiinnitetään kehoon. Jotta jalka pysyisi paikallaan, Feathered Angels käytti hyytelömäistä materiaalia nimeltä Winters Gel (vuorausmateriaali, joka kehitettiin hännän kiinnittämistä varten Winter-delfiinille, joka oli elokuvan Dolphin Tale pohjana).
Tänään Buttercup pystyy suorittamaan kaikkia samoja asioita kuin parven muutkin ankat. Tässä on video, jossa Buttercup käyttää ensimmäistä kertaa 3D-tulostettua proteesijalkaa:
3D-tulostettu leuka
Viime vuonna belgialaiset ja alankomaalaiset lääketieteen tutkijat korvasivat 83-vuotiaan naisen leuan 3D-tulostetulla alaleuan mallilla. Lääkärit joutuivat poistamaan hänen leukansa vakavan infektion vuoksi, mutta leikkaus olisi ollut suuri riski hänen korkean ikänsä ja useiden muiden tekijöiden vuoksi. Tutkijat tekivät yhteistyötä Xilloc-nimisen implanttiyrityksen kanssa leuan korvaamiseksi. Implantti koottiin 3D-tulostimella käyttäen jauhemaista titaania lasersulatusprosessin avulla. Vain yhden päivän kuluttua leikkauksesta 83-vuotias nainen pystyi jo puhumaan ja nielemään normaalisti.
implantti on sinisellä. (Luotto: Xilloc)
6.) 3D-tulostus keinona auttaa aisteja
Yahoo! Hands On Search
Japanissa Yahoo! tekee yhteistyötä Hakuhodo Kettle -nimisen luovan toimiston kanssa sokeainkoulun auttamiseksi. Yahoo! opettaa sokeille lapsille verkkohakua Hands On Search -nimisen koneen avulla. Hands On Search on pilven muotoinen, ja se yhdistää puheentunnistusteknologian ja MakerBot 3D-tulostimen, jotta äänikyselyistä saadaan fyysisiä esineitä.
3D-tulostettu bioninen korva
Viime kesänä Princetonin yliopiston tiedemiehet loivat bionisen korvan 3D-tulostimen avulla. Bioninen korva kuulee paljon paremmin kuin mitä tavalliset ihmiskorvat pystyvät havaitsemaan. Tämän kokeen tarkoituksena oli tutkia tehokasta menetelmää elektroniikan ja kudosten yhdistämiseksi. Tutkijat loivat bionisen korvan käyttämällä solujen ja nanohiukkasten 3D-tulostusta.
”Aiemmin tutkijat ovat ehdottaneet joitakin strategioita elektroniikan räätälöimiseksi niin, että tämä yhdistäminen olisi vähemmän hankalaa. Se tapahtuu tyypillisesti elektroniikan 2-D-levyn ja kudoksen pinnan välillä. Työmme ehdottaa kuitenkin uutta lähestymistapaa – rakentaa ja kasvattaa biologiaa yhdessä elektroniikan kanssa synergisesti ja kolmiulotteisesti toisiinsa kietoutuneena”, totesi Princetonin yliopiston kone- ja avaruustekniikan apulaisprofessori ja projektin johtava tutkija Michael McAlpine.
Princeton.edu