Μια νέα μέθοδος τρισδιάστατης εκτύπωσης ανακάλυψαν ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν. Η νέα μέθοδος ονομάζεται Crystallinity Regulation in Additive Fabrication of Thermoplastics (CRAFT) και επιτρέπει τη δημιουργία τρισδιάστατων αντικειμένων με ποικίλες μηχανικές και οπτικές ιδιότητες, όπως διαφάνεια, σε επίπεδο pixel χρησιμοποιώντας ένα μόνο, φθηνό υλικό.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, μαζί με τα Sandia National Laboratories, σχεδίασαν αυτή τη μέθοδο που μετατρέπει ένα μόνο, φθηνό υγρό σε υλικό-χαμαιλέοντα. Η ομάδα κατασκεύασε με τη μέθοδο αυτή ένα ρεαλιστικό αντίγραφο ανθρώπινου χεριού. «Μπορούμε να χειριστούμε τον τρισδιάστατο χώρο σε μοριακό επίπεδο και, με αυτόν τον τρόπο, να αλλάξουμε εντελώς τις μηχανικές και οπτικές ιδιότητες ενός υλικού», δήλωσε ο Zak Page, αναπληρωτής καθηγητής χημείας στο Πανεπιστήμιο του Τέξας. «Και μπορούμε να τα κάνουμε όλα αυτά χρησιμοποιώντας μια πραγματικά απλή, φθηνή πρώτη ύλη, αλλάζοντας την ένταση του φωτός. Είναι η απλότητα στον πυρήνα της νέας μεθόδου που πραγματικά συναρπάζει», πρόσθεσε ο καθηγητής. Ιδιότητες που επηρεάζονται από το φως.
Το CRAFT μετατρέπει μια κοινή υγρή ρητίνη που ονομάζεται κυκλοοκτένιο σε σύνθετα στερεά αντικείμενα, προβάλλοντας ποικίλα μοτίβα φωτός μέσω ενός συμβατικού τρισδιάστατου εκτυπωτή. Υπό κανονικές συνθήκες, το κυκλοοκτένιο είναι απλώς ένα απλό πλαστικό. Ωστόσο, η ομάδα ανακάλυψε ότι χειριζόμενοι με ακρίβεια την ένταση του φωτός μέσω εικόνων σε κλίμακα του γκρι, μπορούσαν να ελέγξουν τη «μοριακή τάξη» του υλικού καθώς στερεοποιούνταν. Με την προσαρμογή της έντασης του φωτός, οι ερευνητές μπορούν να κάνουν ένα μέρος ενός αντικειμένου σκληρό και διαφανές, ενώ το μέρος ακριβώς δίπλα του παραμένει μαλακό και θολό — όλα μέσα σε ένα ενιαίο κομμάτι.
Χρήση της νέας μεθόδου στις ιατρικές σχολές
Επί του παρόντος, οι φοιτητές που ασκούν πολύπλοκες χειρουργικές επεμβάσεις βασίζονται σε πτώματα, τα οποία είναι ακριβά, δύσκολο να βρεθούν και ενέχουν ερωτήματα ηθικής υπόστασης. Μια άλλη επιλογή για τους φοιτητές είναι τα πλαστικά μοντέλα που δεν θυμίζουν καθόλου ανθρώπινη σάρκα. Το CRAFT προσφέρει μια ανώτερη εναλλακτική λύση στα ιατρικά πτώματα, προσομοιώνοντας τις περίπλοκες συνδέσεις μεταξύ οστού, συνδέσμου και μυός μέσα σε ένα μόνο μοντέλο.
Στην πραγματικότητα, οι ερευνητές εκτύπωσαν με επιτυχία ένα ανθρώπινο χέρι χρησιμοποιώντας μόνο ένα υλικό, ρυθμίζοντάς το με ακρίβεια για να αναπαράγει τις υφές του δέρματος, των συνδέσμων, των τενόντων και των οστών. Οι υπάρχοντες τρισδιάστατοι εκτυπωτές υψηλής τεχνολογίας συχνά δυσκολεύονται να συγκολλήσουν διαφορετικά υλικά, γεγονός που οδηγεί σε δομική αστοχία στις αρθρώσεις. Αλλά το CRAFT δημιουργεί μεταβάσεις που αντικατοπτρίζουν τον φυσικό ανθρώπινο ιστό. Αυτό παρέχει στους φοιτητές ιατρικής ρεαλιστικά, ανθεκτικά μοντέλα πρακτικής άσκησης χωρίς το υψηλό κόστος και τις υλικοτεχνικές προκλήσεις της προμήθειας βιολογικών δειγμάτων.
Φθηνή επιλογή εκτύπωσης
Πέρα από την ιατρική χρήση, το CRAFT μπορεί να δημιουργήσει «βιοεμπνευσμένα» υλικά για απορρόφηση ενέργειας σε εξοπλισμό όπως κράνη και πανοπλίες, και για ηχομόνωση. Η φύση είναι σκληρή επειδή συνδυάζει σκληρά και μαλακά στρώματα, όπως στον φλοιό δέντρων. Το CRAFT κάνει το ίδιο, δημιουργώντας υλικά που απορροφούν κρούσεις και κραδασμούς αντί να σπάνε. Επιπλέον, το CRAFT βελτιώνει τις προηγούμενες μεθόδους χρησιμοποιώντας απλούστερες ρητίνες και τυπικό εξοπλισμό. Αν και δεν είναι πλήρως ανακυκλώσιμο, συμβάλλει στη βιωσιμότητα. Τα εκτυπωμένα αντικείμενα μπορούν να λιώσουν ή να διαλυθούν σε διαλύτη και να αναδιαμορφωθούν σε νέες μορφές, μειώνοντας σημαντικά τα απόβλητα.
«Η τρισδιάστατη εκτύπωση DLP ή LCD, με την οποία είναι συμβατή αυτή η μέθοδος, εφαρμόζεται σε μερικούς από τους φθηνότερους εκτυπωτές που μπορείτε να αγοράσετε», δήλωσε ο Page. Το έργο υποστηρίχθηκε από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και το Ίδρυμα Robert A. Welch, όπως αναφέρει δημοσίευμα του ιστότοπου Interesting Engineering.