Університет Техасу та нацлабораторії запускають CRAFT для анатомічного 3D-друку.

Вчені з Техаського університету в Остіні, Національної лабораторії Сандіїта двох інших національних лабораторій США представили технологію 3D-друку, здатну створювати об'єкти з дуже різноманітними механічними та оптичними властивостями на високому рівні пікселів. Метод спирається на широкодоступні матеріали та доступні 3D-принтери, що відкриває можливості для таких застосувань, як реалістичні анатомічні моделі для медичної підготовки та інноваційні засоби індивідуального захисту.

«Ми можемо контролювати порядок на молекулярному рівні в тривимірному просторі, і таким чином повністю змінювати механічні та оптичні властивості матеріалу», - сказав Зак Пейдж, доцент кафедри хімії Техаського університету та автор статті. «І ми можемо зробити все це з дуже простої, недорогої сировини, просто змінюючи інтенсивність світла. Саме ця простота в основі є справді захопливою».

Методика під назвою «Регуляція кристалічності в адитивному виготовленні термопластиків» (CRAFT) перетворює звичайну рідку смолу під назвою циклооктен на тверді об'єкти за допомогою комерційного 3D-принтера. Процес проєктує серію зображень у градаціях сірого на платформу, занурену в смолу. Коли платформа рухається вертикально, ці зображення утворюють мікроскопічно тонкі шари полімеру, створюючи складні структури з різним рівнем твердості та прозорості.

CRAFT може забезпечити медичні школи точними 3D-друкованими моделями людського тіла, що відтворюють складну структуру кісток, зв'язок і м'язів. На відміну від попередніх підходів 3D-друку, які вимагають дорогих струменевих принтерів і мають проблеми з адгезією матеріалів, CRAFT створює інтегровані моделі, що імітують природні тканини без пошкоджень інтерфейсу.

Окрім медичного використання, цей метод може дозволити використовувати енергопоглинаючі матеріали для шоломів, броні та звукоізоляції. Пейдж підкреслив потенціал біологічно натхненних дизайнів, де чергування твердих і м'яких ділянок, таких як кора дерев або кістка, дозволяє конструкціям витримувати вібрації та удари.

«3D-друк на DLP або LCD, з якими сумісний цей метод, є одними з найдешевших принтерів, які ви можете придбати», - сказав Пейдж. «Ви можете придбати один із цих принтерів із можливістю проекції у відтінках сірого за 1000 доларів або менше та розпочати друк».

Хоча об'єкти, виготовлені за допомогою CRAFT, не підлягають повній переробці, їх потенційно можна розплавити або розчинити та переробити, що пропонує спосіб зменшення кількості відходів порівняно зі звичайними виробами, надрукованими на 3D-принтері. Пейдж раніше розробляв інші стратегії 3D-друку для контролю жорсткості та міцності, хоча ці методи вимагали складніших смол та спеціалізованого обладнання.

Незважаючи на постійний прогрес у друку медичних моделей з багатьох матеріалів, сучасні підходи все ще не дозволяють повністю поєднати різноманітні механічні та оптичні властивості на рівні вокселів або пікселів, що є центральною основою інновацій CRAFT. Наприклад, цифрові анатомічні принтери Stratasys J750/Stratasys J850 можуть змішувати кілька матеріалів на рівні вокселів для створення диференційованих м'яких та твердих областей для анатомічних моделей, але вони роблять це за допомогою попередньо визначених наборів матеріалів та програмних пресетів.

Незважаючи на свою перспективність, CRAFT стикається з кількома проблемами. Наразі він спирається на смоли на основі циклооктену, що обмежує універсальність матеріалів та біосумісність. Забезпечення однорідності по шарах залишається технічно складним, друковані деталі не повністю придатні для переробки, і необхідна валідація, щоб підтвердити, що механічні та оптичні властивості відтворюють реальні тканини, що може вплинути на регуляторне або клінічне впровадження.