Druk 3D coraz śmielej wkracza w obszary, które dotąd były zarezerwowane dla kosztownych i trudnych logistycznie rozwiązań. Naukowcy ze Stanów Zjednoczonych opracowali nową metodę, która umożliwia stworzenie niezwykle realistycznego modelu ludzkiej dłoni z wykorzystaniem jednego, taniego materiału. Osiągnięcie to może znacząco zmienić sposób kształcenia studentów medycyny, a także otworzyć nowe perspektywy dla inżynierii materiałowej i technologii bioinspirowanych.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Na czym polega technologia CRAFT i dlaczego stanowi przełom w druku 3D z zastosowaniem jednego, taniego materiału,
- Jak kontrola intensywności światła pozwala zmieniać właściwości materiału – od miękkich tkanek po struktury przypominające kość,
- Dlaczego realistyczny model ludzkiej dłoni może zastąpić zwłoki medyczne w edukacji przyszłych lekarzy,
- Jakie zastosowania CRAFT wykraczają poza medycynę, w tym w inżynierii materiałowej i technologiach ochronnych.
CRAFT – nowa jakość w druku 3D
Zespół badaczy z University of Texas w Austin, we współpracy z Sandia National Laboratories, opracował metodę nazwaną CRAFT, która pozwala na tworzenie złożonych obiektów 3D o zróżnicowanych właściwościach mechanicznych i optycznych.
Kluczową innowacją jest możliwość symulowania w jednym modelu połączeń między kośćmi, więzadłami i mięśniami – bez konieczności stosowania wielu różnych materiałów. Dzięki temu CRAFT stanowi realną alternatywę dla zwłok medycznych oraz uproszczonych modeli plastikowych, które nie oddają rzeczywistej struktury ludzkiego ciała.
Jeden materiał, wiele właściwości
Podstawą technologii jest powszechnie znana płynna żywica – cyklookten. W standardowych warunkach zachowuje się ona jak zwykły plastik. Zespół badawczy odkrył jednak, że precyzyjna manipulacja intensywnością światła podczas procesu druku pozwala kontrolować porządek molekularny materiału w przestrzeni trójwymiarowej. Jak wyjaśnia Zak Page, adiunkt chemii na University of Texas:
Potrafimy kontrolować porządek na poziomie molekularnym w przestrzeni trójwymiarowej, dzięki czemu możemy całkowicie zmienić właściwości mechaniczne i optyczne materiału.
Dzięki zastosowaniu obrazów w skali szarości jedna część obiektu może być twarda i przezroczysta, podczas gdy fragment znajdujący się tuż obok pozostaje miękki i mętny – wszystko w ramach jednego wydruku.
Realistyczna dłoń zamiast zwłok medycznych
Najbardziej bezpośrednie zastosowanie nowej technologii dotyczy edukacji medycznej. Obecnie studenci uczący się skomplikowanych procedur chirurgicznych często pracują na zwłokach, które są drogie, trudne do pozyskania i obciążone kwestiami etycznymi. Alternatywą są modele plastikowe, jednak ich struktura i właściwości dotykowe znacząco odbiegają od rzeczywistych tkanek.
CRAFT umożliwia stworzenie realistycznej repliki ludzkiej dłoni, w której wiernie odwzorowano odmienne faktury skóry, ścięgien, więzadeł i kości – przy użyciu jednego materiału. Co istotne, przejścia między „tkankami” są płynne i przypominają naturalną budowę ludzkiego ciała, co rozwiązuje problem uszkodzeń konstrukcyjnych typowych dla wydruków z wielu materiałów.
Tania i dostępna technologia
Istotną zaletą CRAFT jest niski próg wejścia. Metoda jest kompatybilna z popularnymi drukarkami 3D DLP i LCD, które należą do najtańszych urządzeń dostępnych na rynku. Jak podkreśla Zak Page:
Druk 3D DLP lub LCD, z którym ta metoda jest kompatybilna, to jedne z najtańszych drukarek, jakie można kupić. I dodaje: Możesz kupić jedną z tych drukarek z możliwością projekcji w skali szarości za 1000 dolarów lub mniej i od razu zacząć drukować.
Dodatkowym atutem jest względna przyjazność dla środowiska. Choć materiał nie nadaje się w pełni do recyklingu, wydrukowane obiekty można przetopić lub rozpuścić w rozpuszczalniku i przekształcić w nowe formy, co ogranicza ilość odpadów.
Zastosowania wykraczające poza medycynę
Potencjał CRAFT nie kończy się na edukacji medycznej. Technologia umożliwia tworzenie materiałów bioinspirowanych, które łączą warstwy twarde i miękkie – podobnie jak kora drzew. Takie struktury mogą znaleźć zastosowanie w:
- hełmach i osłonach ochronnych,
- zbrojach i sprzęcie wojskowym,
- systemach wygłuszania i tłumienia drgań.
Zamiast pękać pod wpływem energii, materiały te mogą ją pochłaniać i rozpraszać, co znacząco zwiększa ich funkcjonalność.
Główne wnioski
- Technologia CRAFT umożliwia druk 3D obiektów o zróżnicowanych właściwościach mechanicznych i optycznych w ramach jednego modelu i jednego materiału.
- Dzięki sterowaniu natężeniem światła możliwe jest precyzyjne odwzorowanie tkanek ludzkich, takich jak skóra, ścięgna, więzadła i kości.
- Metoda jest kompatybilna z drukarkami 3D DLP i LCD kosztującymi około 1000 dolarów lub mniej, co znacząco obniża barierę wejścia.
- CRAFT oferuje tańszą, trwalszą i etycznie bezpieczną alternatywę dla zwłok medycznych, z potencjałem zastosowań także poza medycyną.
Źródło:
- The University of Texas at Austin
- Interesting Engineering
