Десять лучших технологий года по версии MIT. #6: Микромасштабная 3D-печать

27 Мая 2014 в 13:00, Илья Хель 4 606 просмотров 1

3D-печать

Новости технологий полны важных событий, но немногие из них представляют собой настоящие прорывы. Лучший в мире вуз 2014 года, Массачусетский технологический институт, регулярно выдающий на-гора невероятные открытия и разработки, представил свой топ из десяти прорывных технологий настоящего времени. По мнению авторов, это «прорывы, которые будут иметь значение многие годы». В этом цикле статей мы подробно ознакомимся с каждым пунктом.

Микромасштабная 3D-печать — чернила, изготовленные из разных типов материалов, серьезно расширяют список вещей, которые можно распечатать.

Прорыв:

3D-печать, которая задействует множество материалов для создания объектов вроде биологической ткани с кровяными сосудами.

Почему это важно:

Создание биологических материалов с нужными функциями может привести к созданию искусственных органов и продвинутых кибернетических протезов конечностей.

Ключевые игроки:

  • Дженнифер Льюис, Гарвардский университет
  • Майкл Макальпайн, Принстонский университет
  • Кейт Мартин, Кембриджский университет

Несмотря на волнение, вызванное 3D-печатью, ее возможности остаются весьма ограниченными. Ее можно использовать для создания сложных форм, но чаще всего только из пластмассы. Даже производители, использующие продвинутую версию технологии, известную как добавочное производство, как правило, расширяют палитру материалов только несколькими типами металлических сплавов. Но что, если 3D-принтеры могли бы использовать широкий ассортимент разных материалов, от живых клеток до полупроводников, смешивая и сопоставляя чернила с хирургической точностью?

Дженнифер Льюис, материаловед из Гарвардского университета, разрабатывает химию и машины, чтобы сделать это возможным. Она печатает сложные формы объектов «с нуля», точно добавляя материалы, которые полезны своими механическими свойствами, электропроводностью или оптическими характеристиками. Значит, 3D-печать может создавать объекты, воспринимающие и реагирующие на окружение.

«Интеграция форм и функций, говорит ученый, это следующая крупная вещь, которая должна произойти с 3D-печатью».

Печать

 Слева: для демонстрации группа сформировала четыре полимерных краски, каждая окрашена в свой цвет

Справа: разные чернила помещаются в стандартных печатных головках

Группа из Принстонского университета напечатала бионическое ухо, сочетая биологическую ткань и электронику, в то время как команда ученых из Кембриджского университете распечатала клетки сетчатки для создания сложной ткани глаза. Но даже несмотря на эти впечатляющие попытки расширить возможности 3D-печати, лаборатория Льюис выделяется диапазоном материалов и типом объектов, которые может распечатать.

В прошлом году Льюис и ее студенты показали, что могли бы напечатать микроскопические электроды и другие компоненты, необходимые для крошечных литий-ионных батарей. Другие проекты включают печатные сенсоры, изготовленные из пластиковых панелек. Однажды их смогут надеть спортсмены, чтобы обнаружить сотрясение мозга и измерить какие-либо повреждения. Совсем недавно ее группа напечатала биологическую ткань, переплетенную со сложной сетью кровеносных сосудов. Чтобы сделать это, исследователи должны были сделать чернила из разных типов клеток и материалов, которые образуют матрицу, поддерживающую их. Эта работа решает одну из устойчивых проблем в создании искусственных органов для испытания препаратами или, например, для пересадки: как создать сосудистую систему, чтобы сохранить клетки живыми.

Печать

Вверху: чернила из наночастиц серебра используются для печати электродов в несколько микрометров

Внизу: как и все другие процессы 3D-печати, операция контролируется и наблюдается с помощью компьютеров

Печать

Слева: цель Дженнифер Льюис — напечатать сложные архитектуры, которые совмещают форму и функцию

Справа: перчатка с датчиками сделана в процессе печати электроники в гибком эластомере

В подвальной лаборатории в нескольких сотнях метров от офиса Льюис, ее группа испытывает 3D-принтер, оснащенный микроскопом, который может точно печатать структуры с деталями в пределах одного микрометра (кровяная клетка человека в диаметре около десяти микрометров). Другой крупный 3D-принтер может изготовить метровый образец с нужными микроструктурами в считанные минуты.

Секрет творений Льюис лежит в чернилах с особыми свойствами. Каждые чернила представляют собой разный материал, но все они могут быть напечатаны при комнатной температуре. Разные типы материалов обладают разными проблемами. Клетки, например, очень хрупкие и легко разрушаются, пока проходят через сопло принтера. Однако во всех случаях чернила должны выходить из сопла под давлением — вроде зубной пасты.

Печать

Слева: самый большой принтер в лаборатории Льюис делает объект метр на метр

Вверху: принтер использует 64 или 128 сопел для ускорения процесса

Внизу: тестовый образец с микроструктурой, который был напечатан за минуту восковыми чернилами

До прихода в Гарвард из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн в прошлом году, Льюис более десяти лет разрабатывала техники 3D-печати, используя керамику, металлические наночастицы, полимеры и другие небиологические материалы. Когда она создала свою новую лабораторию в Гарварде и начала работать с биологическими клетками и тканями впервые, она хотела отнестись к ним так же, как к синтетическим материалам. Однако это было наивно. Печать кровеносных сосудов стала отличным шагом вперед к созданию искусственных тканей со сложными биологическими функциями. Но работа с клетками оказалась «очень сложной», признает она.

«Есть много чего, что нам нужно сделать, прежде чем мы напечатаем первую почку. Но мы сделали первый шаг».

Десять лучших технологий года по версии MIT. #6: Микромасштабная 3D-печать

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

1 комментарий

  1. SV89dude

    Снижение стоимости на расходные матеры и 3d принтеры, сделали 3d печать доступной для среднестатистического гражданина https://www.3dartprint.xyz

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.