Invoering
3D-printen is niet nieuw in 2017, maar dit jaar verlegden onderzoekers de grenzen van de ogenschijnlijk sci-fi-techniek, waarbij ze objecten afdrukten die ingewikkelde details vereisten - zoals een levensecht model van een pasgeborene en een microscopische camera - evenals objecten die werden gemaakt met materialen die misschien verrassend klinken, waaronder kaas en glas.
Lees verder voor een overzicht van de coolste en gekste dingen die in 2017 3D-geprint zijn.
Een puppymasker
Een 4 maanden oude Staffordshire bull terrier-puppy werd de eerste patiënt die een nieuw 3D-geprint masker gebruikte om te helpen bij het herstel van ernstige gezichtsverwondingen. Het rechter jukbeen en kaakbeen van de puppy, evenals haar temporomandibulair gewricht (het gewricht dat het kaakbeen met de schedel verbindt), waren gebroken toen een andere hond haar aanviel.
De puppy, Loca genaamd, had het geluk dat hij aankwam bij de University of California Davis School of Veterinary Medicine, waar dierenartsen aan de universiteit samenwerkten met collega's van het UC Davis College of Engineering bij de ontwikkeling van het "Exo-K9 Exoskeleton" -masker voor honden . Loca was de ideale patiënt om de technologie op te testen.
Eerst hebben ingenieurs de schedel van Loca gescand om een op maat gemaakt masker te ontwerpen, dat vervolgens werd geprint met een 3D-printer. Het masker hield de gebroken botten van Loca op hun plaats op dezelfde manier als een gips gebroken arm- of beenbotten vasthoudt. Binnen een maand kon de puppy harde brokjes eten en een controle van 3 maanden toonde aan dat het kaakgewricht genas zoals verwacht.
Muis eierstokken
Een vrouwelijke muis uitgerust met 3D-geprinte eierstokken bracht gezonde pups ter wereld in een experiment dat werd uitgevoerd aan de Northwestern University Feinberg School of Medicine in Chicago.
Het resultaat werd geprezen als een doorbraak, omdat het op een dag kan leiden tot nieuwe manieren om onvruchtbaarheid bij mensen te behandelen, hoewel er veel meer onderzoek nodig is. Het kan met name nuttig zijn voor vrouwen van wie de eierstokken zijn beschadigd door kankerbehandeling, aldus de onderzoekers.
Met behulp van de 3D-printtechnologie creëerden de onderzoekers een uitgebreide poreuze steiger van gelatine. (Gelatine is een soort collageen, een natuurlijk eiwit dat in grote hoeveelheden in het menselijk lichaam wordt aangetroffen.) De structuur werd vervolgens bevolkt met eierstokcellen van een andere muis. De onderzoekers testten verschillende vormen van poriën voordat ze op de specifieke vorm belandden die de juiste hoeveelheid ondersteuning aan de ovariumcellen bood.
Het experiment was een succes: de geïmplanteerde cellen begonnen zich te gedragen zoals cellen in natuurlijke, gezonde eierstokken dat zouden doen, en produceerden uiteindelijk hormonen die de reproductiecyclus van de muis aansturen. en het mogelijk maken om zwanger te worden.
Een woonhuis
In maart werd in minder dan 24 uur het eerste 3D-geprinte woonhuis gebouwd in de buitenwijken van Moskou. De muren van het studio-achtige huis van 400 vierkante voet (37 vierkante meter) werden gedrukt met een mobiele constructie 3D-printer, ontwikkeld door de in Moskou gevestigde startup Apis Cor.
In plaats van individuele betonnen panelen af te drukken die later handmatig zouden worden geassembleerd, drukte de 3D-printer de muren en scheidingswanden af als één volledig verbonden structuur, waardoor de ongebruikelijke ronde vorm van het huis mogelijk werd.
Het dak, de deuren en de ramen waren de enige componenten die vervolgens door menselijke arbeiders moesten worden geïnstalleerd. Het prototype huis kost ongeveer $ 10.134 of $ 25 per vierkante voet ($ 275 per vierkante meter). De duurste componenten waren volgens de ontwikkelaars de ramen en de deuren.
Het bedrijf is van mening dat 3D-printen de constructie niet alleen aanzienlijk sneller maar ook milieuvriendelijker kan maken.
Huis van glas
Glas, een materiaal dat sinds de oudheid door de mensheid wordt gebruikt, is al lang bestand tegen 3D-printen. Dit komt omdat het materiaal voor verwerking moet worden verwarmd tot extreem hoge temperaturen tot 1.832 graden Fahrenheit (1.000 graden Celsius). Hoewel er complexe industriële 3D-printers bestaan die materialen met lasers tot zeer hoge temperaturen kunnen verwarmen, was het resulterende product bij gebruik op glas nogal natuurlijk en onbruikbaar.
Onderzoekers van het Duitse Karlsruhe Institute of Technology in Eggenstein-Leopoldshafen hebben het probleem opgelost met een nieuwe techniek die het mogelijk maakt om complexe glasstructuren te maken met een conventionele 3D-printer - zonder de noodzaak van laserverwarming.
Als uitgangsmateriaal gebruikten de ingenieurs zogenaamd vloeibaar glas - een mengsel van nanodeeltjes siliciumdioxide waarvan het materiaal glas is gemaakt - gedispergeerd in een acryloplossing. Een object wordt 3D-geprint en vervolgens blootgesteld aan UV-licht, dat het materiaal verhardt tot een soort plastic zoals acrylglas. Vervolgens wordt het object verwarmd tot ongeveer 2372 graden F (1300 graden C), waarbij het plastic wordt weggebrand en de silica-nanodeeltjes worden samengesmolten tot een gladde, transparante glasstructuur.
Kaas
In tegenstelling tot glas kan kaas gemakkelijk worden gesmolten. Het is dus geen verrassing dat onderzoekers het zuivelproduct zagen als een ideale kandidaat voor 3D-printing experimenten met voedsel.
Een team van onderzoekers van de School of Food and Nutritional Sciences aan de University College Cork in Ierland gebruikte een mengsel dat vergelijkbaar is met dat voor het maken van smeltkaas en spoot het door een mondstuk van een 3D-printer om een "nieuw" soort verwerkt te creëren kaas.
Het mengsel werd 12 minuten verwarmd tot 167 graden Fahrenheit (75 graden Celsius) en vervolgens met twee verschillende extrusiesnelheden door de 3D-printer gevoerd. (De extrusiesnelheid is de snelheid waarmee de printer de gesmolten kaas door de spuit naar buiten duwt.)
Verwerkte kaas bevat een mengsel van ingrediënten, waaronder emulgatoren, verzadigde plantaardige oliën, extra zout, kleurstof voor levensmiddelen, wei en suiker. Het is misschien niet precies de gezondste kaassoort, dus het is niet duidelijk of de nieuwe traktatie het keurmerk van een voedingsdeskundige zou krijgen.
Toch was de 3D-geprinte kaas vanuit het perspectief van de onderzoekers een succes. Het was 45 tot 49 procent zachter dan onbehandelde smeltkaas, een beetje donkerder van kleur, een beetje veerkrachtiger en vloeibaarder wanneer het gesmolten was. De studie leverde geen conclusies op over smaak.
Levensechte baby-oefenpoppen
Baby's die echt aanvoelen, zijn 3D-geprint door Nederlandse onderzoekers, die de trainingsmethoden voor artsen die met pasgeborenen hopen te verbeteren.
De baby-oefenpoppen die momenteel worden gebruikt voor de opleiding van artsen zijn te mechanisch en geven niet het echte gevoel van het behandelen van een kwetsbare baby, vertelde hoofdonderzoeker Mark Thielen, een medisch ontwerpingenieur aan de Technische Universiteit Eindhoven in Nederland, aan WordsSideKick.com in maart.
Dankzij 3D-printen konden Thielen en zijn team anatomisch nauwkeurige oefenpoppen maken met realistische interne organen. Om de hoogste nauwkeurigheid te bereiken, gebruikten de onderzoekers MRI-scans van de organen van pasgeborenen, die vervolgens met een hoog detailniveau werden afgedrukt. Een 3D-geprint hart zou bijvoorbeeld gedetailleerde, werkende kleppen bevatten. De poppen hebben zelfs bloedachtige vloeistof in hun aderen.
Het doel is om een hoog niveau van realistische tactiele feedback te geven bij het uitvoeren van klinische interventies op oefenpoppen, zei Thielen. Met andere woorden, wanneer de chirurgen een deel van de pop verplaatsen of druk uitoefenen op een bepaald gebied, voelt en beweegt het als het echte werk.
Ogen
3D-geprinte ogen zijn gemaakt door Nederlandse onderzoekers die kinderen kunnen helpen geboren zonder goed ontwikkelde ogen er relatief normaal uit te laten zien. Helaas geven de 3D-geprinte oogprothesen de kinderen niet het vermogen om te zien.
Ongeveer 30 op de 100.000 kinderen worden geboren met aandoeningen die microphthalmie en anoftalmie worden genoemd, wat betekent dat hun ogen volledig ontbreken of onderontwikkeld zijn. Als gevolg hiervan missen hun oogkassen de structurele ondersteuning die ze nodig hebben om de gezichten van de kinderen op een normale manier te ontwikkelen.
Als een volwassene een oog verliest, krijgt hij een permanente oogprothese. Dit is echter niet mogelijk bij kinderen die erg snel groeien, vooral in de eerste maanden en jaren van hun leven.
3D-printen van tijdelijke ondersteunende structuren, conformers genaamd, kan snel, goedkoop en in een reeks van zeer precieze formaten worden gedaan, aldus de onderzoekers.
Dit is buitengewoon belangrijk omdat zonder het oog het bot rond de kom niet goed gestimuleerd wordt en het gezicht geen natuurlijk ogende proporties ontwikkelt.
De conformers zijn vanaf mei al getest op een kleine groep van vijf kinderen.
Een rotsklimrobot
Een robot met zachte, rubberachtige 3D-geprinte poten toonde zijn uitstekende capaciteiten om ruw terrein te veroveren, een taak die traditionele robots meestal verlamt.
Ingenieurs van de Universiteit van Californië, San Diego, ontwierpen de poten van de robot digitaal en modelleerden de prestaties en het gedrag in verschillende situaties - bijvoorbeeld op een zacht, zanderig oppervlak, in nauwe ruimtes of bij het klimmen over rotsen.
Uiteindelijk kozen ze voor een ontwerp dat bestond uit drie met elkaar verbonden spiraalvormige buizen die hol van binnen zijn en gemaakt zijn van een combinatie van zachte en harde materialen.
Terwijl ze een stap zetten, testen de benen het omliggende terrein en passen ze zich onmiddellijk aan, door zuigers die in een bepaalde volgorde worden opgeblazen en de gang van de robot bepalen.
De nieuwigheid van het ontwerp is volgens de ingenieurs dat de poten van de robot in alle mogelijke richtingen kunnen buigen.
"Gelach"
Het allereerste kunstwerk is in februari van dit jaar in de ruimte gemaakt met een 3D-printer aan boord van het internationale ruimtestation ISS.
Het kunstwerk vertegenwoordigt menselijk gelach en is gemaakt in samenwerking met de Israëlische kunstenaar Eyal Gever en het in Californië gevestigde bedrijf Made In Space als onderdeel van het project #Laugh.
Ruimteliefhebbers werden uitgenodigd om deel te nemen aan de creatie van het stuk ruimtekunst via een app die het gelach van gebruikers vastlegt en het omzet in een digitaal 3D-model dat lijkt op een ster.
Meer dan 100.000 mensen droegen hun lach bij aan het project, dat in december 2016 van start ging. De app-gebruikers kozen vervolgens de beste lachster, die was gebaseerd op het gelach van Naughtia Jane Stanko uit Las Vegas. Het ontwerp werd vervolgens naar het ISS gestraald en 3D-geprint op een machine die meestal wordt gebruikt voor het maken van reserveonderdelen.
Micro-camera
Een micro-camera die gebruikt kon worden op miniatuur drones en robots of chirurgische endoscopen is gemaakt door Duitse onderzoekers met behulp van 3D-printen.
De camera biedt een arendsoogzicht - de mogelijkheid om verre objecten duidelijk te zien en tegelijkertijd op de hoogte te zijn van wat er gebeurt in perifeer zicht.
Om het apparaat te maken, hebben ingenieurs van het Institute of Technical Optics van de Universiteit van Stuttgart in Duitsland clusters van vier lenzen op een beeldgevoelige chip geprint met behulp van een techniek die femtoseconde laserschrijven wordt genoemd.
De miniatuurlenzen variëren van breed tot smal en van lage tot hoge resolutie. Deze structuur maakt het mogelijk om afbeeldingen te combineren tot een schot in de roos met een scherpe afbeelding in het midden, vergelijkbaar met hoe arenden zien.
De vier lenzen kunnen worden verkleind tot 300 micrometer bij 300 micrometer (0,012 inch of 0,03 centimeter aan elke kant), ongeveer zo groot als een zandkorrel. Maar de onderzoekers zeggen dat ze het apparaat in de toekomst misschien nog kleiner kunnen maken als er kleinere chips beschikbaar komen.
