+7 (499) 322-23-19
Пн–пт 10:00–19:00, сб-вс 10:00–17:00
Сиэтл
Корзина пуста
Корзина пуста
+7 (499) 322-23-19
Пн–пт 10:00–19:00, сб-вс 11:00–17:00

3D-печать в науке: обзор применения

22 февраля 2019
881
Поделитесь в соц. сети:

Фундаментальная наука
Биохимия
Археология
Экология
Медицина
Выводы

Трудно найти отрасль, где бы сейчас ни использовалась 3D-печать. Она оказывает огромное влияние на развитие строительства, производства, авиации и т.д.

Конечно же, не последнюю роль 3D-технологии играют и в развитии науки. Какую бы область мы ни взяли: медицина, химия, археология, везде уже используют 3D-принтеры. В этой статье мы расскажем о том, какие изобретения помогли создать ученым 3D-технологии в последнее время.

Фундаментальная наука

3D-разделитель молекулярных пучков

Один из методов изучения изотопного состава молекул – разделение их на пучки. Изменяя изотопный состав, можно получить новые специфические свойства материалов. Как правило, оборудование, на котором происходит разделение молекул на пучки, стоит дорого, а на его изготовление уходит несколько месяцев.

Команда швейцарских исследователей разработала устройство для разделения пучков молекул. По словам ученых, новый метод с использованием 3D-печати и гальваники позволяет увеличить производительность прибора в 50-100 раз, а на его изготовление уходит всего 2-3 дня.

Источник: https://www.3ders.org

Процесс изготовления простой. С помощью 3D-принтера создается пластмассовая деталь со специфической геометрией, которая позволяет расщеплять молекулярный пучок. Затем по ее поверхности распределяется металл. Осаждение происходит избирательно: некоторые области становятся проводящими, а другие нет. Деталь превращается в два высоковольтных электрода.

Такое изобретение позволило существенно сократить стоимость производства приборов для расщепления молекулярных пучков. Кроме того, ученые отмечают еще один существенный плюс: «Поскольку электроды печатаются прямо с компьютера, точную копию полной экспериментальной установки можно воспроизвести где угодно, просто передав файл».

Биохимия 

Дорогое уникальное лабораторное оборудование доступно не всем, что замедляет развитие науки. Решением этой проблемы могут стать установки созданные с помощью 3D-технологий — они значительно дешевле и производятся гораздо быстрее стандартных.

3D-инструменты для химических и биологических лабораторий

Исследователи из Калифорнийского университета разработали систему 3D-печатных блоков в стиле Lego, предназначенную для исследований в химических и биологических лабораториях.

Каждый блок – отдельное устройство. Например, устройство для перекачки жидкости или прибор для измерения каких-то параметров. Подобно кубикам Lego, эти блоки могут соединяться друг с другом.

Источник: https://www.digitaltrends.com

Пользователи могут создавать собственные экспериментальные установки. В зависимости от целей и фантазии, можно собрать и прибор для титрования, и биореактор.

Эти 3D-печатные блоки особенно удобны для лабораторий с ограниченными ресурсами, поскольку позволяют создать большой спектр исследовательского и диагностического оборудования.

Химический 3D-реактор

В 2018 году команда ученых из исследовательского центра I-Form разработала химический 3D-реактор, который можно использовать для контролируемого смешивания веществ в фармацевтике. Получился он, правда, одноразовым.

Источник: https://www.3ders.org

Основная его особенность – гибкость конструкции: возможность изменять параметры внутреннего контейнера для разных смешиваемых реагентов.

При создании реактора использовали 3D-принтер Intamsys Funmat HT.

Intamsys Funmat HT

Характеристики

  • Технология печати: FDM
  • Толщина слоя: 50 мкм
  • Скорость печати: от 30-300 мм/с
  • Область печати: 260х260х260 мм
  • Поддерживаемые материалы: PEEK, ULTEM, PPSU, PA/CF, PC, PA, ABS, Carbon, Metal-Filled, Fiberglass-Filled, ASA, PETG, ESD-Safe, HIPS, TPU, PLA
  • Цена: 476 305 рублей, цена может изменяться.

Intamsys Funmat HT – это высокотемпературный 3D-принтер от компании Intamsys. Преимущество этого устройства – возможность работать как с тугоплавкими материалами PEEK и ULTEM, так и с более привычными ABS и HIPS.

Подробный обзор можно посмотреть тут.

Археология

3D-печать позволяет археологам и палеонтологам максимально детально воссоздавать несохранившиеся части объектов. А 3D-копия исторического объекта позволит ученым изучать артефакты без опасения повредить оригинал.

3D-печатный скелет мамонта

Бельгийская компания Materialise работает над проектом по созданию напечатанного на 3D-принтере скелета мамонта в натуральную величину. Всего предстоит напечатать 320 костей. Копии костей мамонта создадут на девяти 3D-принтерах Materialise Mammoth SLA, которые компания специально разработала для крупномасштабных проектов. Реконструкций подобного масштаба еще никто не делал.

Источник: https://3dprint.com

3D-печать макетов ископаемых

В Национальном университете Австралии с помощью 3D-принтера ProJet 660 Pro ученые воссоздают макеты челюстей рыб, которые, по одной из версий, могли быть дальними предками человека. Детальное изучение макетов поможет узнать как формировалась челюсть приматов в процессе эволюции.

Источник: https://www.dnaindia.com

ProJet 660 Pro

  • Характеристики
  • Технология печати: CJP
  • Толщина слоя: 100 мкм
  • Скорость печати: 28 мм/час
  • Область печати: 254 x 381 x 203 мм
  • Поддерживаемые материалы: VisiJet PXL
  • Цена: по запросу

ProJet 660 Pro – это полноцветной профессиональный принтер от компании 3D Systems. Его основная особенность – способность быстро создавать высокодетализированные и ярко окрашенные модели. Объемная камера позволяет печатать крупномасштабные объекты.

Экология

Более 40% известных науке видов находятся на грани исчезновения. Основные причины вымирания – изменение климата, загрязнение окружающей среды и браконьерство. С проблемой исчезновения видов частично помогут справиться 3D-технологии.

Восстановление коралловых рифов

Коралловые рифы – важный элемент экосистемы не только для морских обитателей, но и для людей, поскольку они защищают береговую линию от сильных штормов. За последние 30 лет погибло 50% рифов на планете и они могут полностью исчезнуть в ближайшие 40 лет. Дальнейшее исчезновение кораллов может привести к экологической катастрофе, так как они служат домом огромному количеству других организмов.

Одним из способов спасения рифов стала 3D-печать кораллов. 

Источник: https://all3dp.com

До конца не ясно, будет ли этот проект успешным, поскольку потребуется минимум год, чтобы понять — приживутся ли искусственные кораллы в океане. Компания Reef Design Lab спроектировала, напечатала и собрала уже более сотни модулей. Созданные модели рифов сбрасываются в океан, где свободноплавающие коралловые полипы присоединяются к ним и постепенно формируют новые коралловые структуры, которые должны привлечь рыб.

 
 
3D-материаловедение

Ученые выделяют большие ресурсы на разработку новых материалов для 3D-печати. Это обусловлено необходимостью создавать все более качественные продукты с уникальными характеристиками.

3D-печать вязкими материалами

3D-объекты, которые напечатаны с помощью вязких материалов, обладают хорошими изоляционными и механическими свойствами. До недавнего времени использовать такие материалы было затруднительно, из-за сложностей с их подачей в экструдер.

Компания Next Offset Solutions создала 3D-принтер, который позволяет работать с вязкими материалами. Основная особенность нового 3D-принтера – высокоамплитудные ультразвуковые колебания. Они проталкивают материалы и мешают засорению печатной головки.

Источник: https://phys.org

Свои наработки Next Offset Solutions планирует использовать в энергетической и оборонной отрасли.


 

3D-структуры из жидкости

Исследователи из Национальной лаборатории Министерства энергетики имени Лоуренса Беркли придумали способ создания 3D-печатных структур состоящих исключительно из жидкостей. Ученые смогли напечатать жидкие спирали длиной до нескольких метров. Для создания таких конструкций исследователи использовали обычный 3D-принтер, к которому они добавили шприц, чтобы впрыскивать воду в емкость с силиконовым маслом. В воду также были добавлены наночастицы золота и измельченный полимерный лигандный материал, который способен связываться с атомами металла. Лиганд взаимодействовал с частицами золота и образовывал оболочку вокруг воды, которая предотвращала ее распад.

Источник: https://newatlas.com

Хотя метод находится на стадии разработки, ученые надеются, что подобный процесс может стать новым этапом в развитии электроники.

Медицина

В медицине 3D-принтеры используются в первую очередь для создания объектов для имплантации пациентам. Хотя большинство органов пока не удалось напечатать полностью, 3D-печать активно развивается в этом направлении.  Уже широко известны 3D-печатные остеоимпланты, замещающие кости или их фрагменты, так что мы рассмотрим другие примеры.

Печень

В компания Organovo научились печатать в 3D отдельные участки печени. Пока они имплантируются только мышам, испытания на людях намечены на 2020 год. Предполагается, что эти объекты будут использовать для продления жизни пациентов до тех пор, пока они не смогут получить надлежащие трансплантаты.

Источник: https://organovo.com

Сердце

Поскольку сердце, по своей сути, всего лишь насос для перекачки крови, его воспроизводство является одним из самых перспективных направлений для 3D-печати органов.
Биотехнологический стартап Biolife4D планирует создать миниатюрные сердца для тестирования на мелких грызунах в ближайшее время. Основой для материала должны послужить клетки крови пациента. Это во много раз снижает риск отторжения напечатанного имплантата.

Уши

Китайские ученые смогли имплантировать ушные раковины пяти пациентам с врожденной деформацией ушей — миотией. С помощью 3D-принтера была создана форма, зеркальная копия здорового уха, для культивации клеток новых ушей. По мнению врачей, такой метод лечения миотии более эффективен, чем существующие хирургические операции.

Пока неясно, будет ли ушная раковина восстановлена полностью. Процесс роста занимает 5 лет. Первая подобная операция была проведена в 2016 году. И ее результаты обнадеживают:

Источник: https://3dprint.com

Бионический глаз

Исследователи из Университета Миннесоты, при помощи 3D-технологий, создали оптоэлектронное устройство на полусферических поверхностях с включением полимерных фотоприемников. Проще говоря — прототип бионического глаза.

Источник: https://3dprintingindustry.com

3D-каркасы для периферической нервной системы

Периферическая нервная система (ПНС) – сеть нервов, которая соединяет центральную нервную систему со всем человеческим телом. Повреждение ПНС является одной из наиболее распространенных травм нерва. Для восстановления поврежденного участка сейчас, как правило, используют пересадку фрагментов из других областей организма. Такой метод не эффективен, поскольку работоспособность организма полностью не восстанавливается.

Ученые из Университета Саскачевана предложили хорошую альтернативу стандартным методам лечения. С помощью 3D-принтера были создали каркасы для нервных клеток. Они помогают облегчить распространение, рост и миграцию клеток. Эти структуры действуют как мост: заполняют промежутки между поврежденными нервами и способствуют их заживлению.

Источник: https://phys.org

Выводы

Трудно переоценить влияние оказываемое 3D-технологиями на работу ученых. Мы обозрели далеко не все научные области, в которых 3D-печать может оказаться полезной. Возможность создавать экспериментальные установки, оборудование и конструкции со сложной геометрией в кратчайшие сроки и по доступным ценам – мощный толчок для развития исследовательских лабораторий и наукоемких предприятий, разработки новых приборов и методов исследований. Но это отдельная большая тема, которую невозможно рассмотреть в одной статье. Велика вероятность, что мы еще вернемся к этой теме.
  
Купить 3D-оборудование для лаборатории вы можете в Top 3D Shop — наши специалисты помогут выбрать оптимальную аппаратуру для решения любых поставленных задач.


Читайте также
17 февраля 2019 626
Обзор 3D-принтеров Stratasys на Formnext 2018
Репортаж о новых решениях Stratasys, представленных на Formnext 2018
Читать далее
16 февраля 2019 1715
Обзор LCD 3D-принтеров и сравнение с SLA
Обзор LCD 3D-принтеров и их применения, сравнение с другими технологиями фотополимерной стереолитографии.
Читать далее
20 февраля 2019 476
Обзор 3D-сканеров Metronor
Обзор с видео: 3D-сканеры Metronor.
Читать далее
01 марта 2019 637
Лучшие 3D-принтеры для детей
Обзор 3D-принтеров для детей и новичков.
Читать далее