Większość drukarek 3D jest nudna i powolna. Nakładają warstwę plastiku warstwa po warstwie. Czekamy. Poczekajmy jeszcze trochę. To jak oglądanie schnącej farby, ale w przyspieszonym tempie.
A co by było, gdyby można było wydrukować ludzkie ucho w kilka minut? I to nie tylko model, ale żywe ucho. Miękki. Wykonalny. Gotowy do przeszczepu?
Naukowcy z ETH Zurich (EPFL) nie tylko zadają to pytanie. Już na to odpowiadają. Ich nowa metoda jest 70 razy skuteczniejsza niż poprzednie technologie.
Zatrzymaj nakładanie warstw – zacznij obracać
To nie jest zwykły druk 3D. To jest TVAM (tomograficzna produkcja przyrostowa wolumetryczna). Wyobraź sobie tomografię komputerową działającą w odwrotnym kierunku.
Wiązka lasera przenika przez obracającą się ampułkę zawierającą lepką ciecz. Materiał twardnieje tylko w tych miejscach, gdzie ekspozycja na światło jest największa. Struktura powstaje natychmiastowo, całkowicie. Żadnych warstw. Bez czekania. Gotowy obiekt wydaje się materializować z żywicy niczym magiczna sztuczka.
Wcześniej występował problem strat energii i niskiej wydajności. Zespół EPFL rozwiązał ten problem, zmieniając podejście do sterowania oświetleniem.
„Kontrolujemy fazę światła, a nie jego jasność.”
Ta pozornie drobna regulacja pozwoliła zaoszczędzić ogromną ilość energii lasera.
Szybciej. Większy. Bardziej żywy.
Nowe urządzenie steruje fazami lasera bezpośrednio w samej drukarce. To pierwsze tego typu urządzenie. Jaki jest wynik?
Obiekty o rozmiarach milimetrowych są drukowane w ciągu kilku sekund. Duże obiekty (skala centymetrowa) wymagają tylko kilku minut. I co najważniejsze: komórki przeżywają.
W jednym eksperymencie naukowcy wydrukowali ludzkie ucho naturalnej wielkości przy użyciu lasera diodowego o mocy zaledwie 150 mW. Tani sprzęt, ale wysoka nagroda. W innym teście komórki wydrukowane w małym konstrukcie pozostawały żywe przez sześć dni. Utworzyli sieci demonstrujące rzeczywiste funkcje biologiczne.
Dlaczego jest to takie ważne? Zwykle rozpraszanie światła niszczy jakość druku 3D w grubych tkaninach. System ten zwalcza to zjawisko za pomocą samoleczących się wiązek światła. Sygnał znajduje swoją ścieżkę, a struktura pozostaje dokładna.
Problem z powierzchnią
Szybkość to jedno, ale jakość to drugie. Zakłócenia lasera często pozostawiają ziarnisty, nierówny ślad na powierzchni. Chropowatość jest nieodpowiednia dla implantów.
Zespół rozwiązał ten problem, tłumiąc plamki. Nowa technologia zapewnia gładkie wykończenie. Maria Alvarez-Castano zauważa, że przybliża to biodruk do zastosowań medycznych. Prawdziwe implanty wymagają gładkich krawędzi, a nie tekstury papieru ściernego.
„Wreszcie możliwe jest biodrukowanie obiektów w skali niemal klinicznej.”
Tak mówi Christoph Moser i wie, o czym mówi. Kieruje Laboratorium Stosowanych Urządzeń Fotonicznych EPFL.
Co stanie się dalej?
Naukowcy nie poprzestaną na uszach. Przyszłe prace skupiają się na żywicach o dużej gęstości komórek. Są trudniejsze do wydrukowania i trudniejsze do kontrolowania. Plan polega na przewidywaniu reakcji chemicznych wewnątrz żywicy w czasie rzeczywistym.
Istnieje możliwość wykonania nadruku bezpośrednio na lub wokół istniejących obiektów.
Mówi się nawet o całkowitym zniesieniu rotacji. Bezpośrednie wyświetlanie hologramów, bez obracającej się ampułki. Uprościłoby to konstrukcję, zmniejszyło wibracje i ponownie zwiększyło prędkość.
Zmierzamy w przyszłość, w której Twoje ciało będzie mogło samo się regenerować za pomocą drukarek. Straszny? Może.
Ale to nieuniknione. Sprzęt jest tani. Wydajność jest wysoka. Biologia działa.
Wystarczy poczekać, aż żywica stwardnieje.
