Большинство 3D-принтеров скучны и медлительны. Они наслаивают пластик слой за слоем. Ждем. Еще немного подождем. Это похоже на то, как если бы вы смотрели, как сохнет краска, но в ускоренной перемотке.
Но что, если можно было бы напечатать человеческое ухо за несколько минут? И не просто макет, а живое ухо. Мягкое. Жизнеспособное. Готовое к трансплантации?
Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (EPFL) не просто задают этот вопрос. Они уже дают на него ответ. Их новый метод в 70 раз эффективнее предыдущих технологий.
Хватит наслаивать — начинайте вращать
Это не обычная 3D-печать. Это TVAM (томографическое объемное аддитивное производство). Представьте, что скан КТ работает в обратном направлении.
Лазерный луч проникает во вращающуюся ампулу с вязкой жидкостью. Материал затвердевает только в тех местах, где воздействие света максимально интенсивное. Структура формируется мгновенно, целиком. Никаких слоев. Никакого ожидания. Готовый объект как бы материализуется из смолы, словно фокус.
Ранее стояла проблема потерь энергии и низкой эффективности. Команда EPFL решила эту задачу, изменив подход к управлению светом.
«Мы контролируем фазу света, а не его яркость».
Эта, казалось бы, незначительная корректировка позволила сэкономить колоссальное количество лазерной энергии.
Быстрее. Крупнее. Живее.
Новое устройство управляет фазами лазера непосредственно внутри самого принтера. Это первый аппарат такого типа. Каков результат?
Объекты миллиметрового размера печатаются за секунды. Крупные объекты (сантиметрового масштаба) требуют лишь нескольких минут. А самое главное: клетки выживают.
В одном из экспериментов ученые напечатали человеческое ухо в натуральную величину, используя всего лишь диодный лазер мощностью 150 мВт. Дешевое оборудование, но высокая награда. В другом тесте клетки, напечатанные в виде небольшой конструкции, оставались живыми шесть дней. Они формировали сети, демонстрируя реальные биологические функции.
Почему это так важно? Обычно светорассеяние разрушает качество 3D-печати в толстых тканях. Эта система борется с этим явлением с помощью самовосстанавливающихся световых пучков. Сигнал находит свой путь, а структура сохраняет точность.
Проблема поверхности
Скорость — одно, а качество — другое. Интерференция лазеров часто оставляет на поверхности зернистый, неровный след. Шероховатость непригодна для имплантатов.
Команда решила эту проблему, подавив «зернистость» (speckle). Новая техника обеспечивает гладкую отделку. Мария Альварес-Кастано отмечает, что это приближает биопечать к медицинскому применению. Реальные имплантаты требуют гладких краев, а не текстуры наждачной бумаги.
«Наконец, стало возможным биопечатать объекты в масштабе, близком к клиническому».
Так говорит Кристоф Мозер, и он знает, о чем речь. Он возглавляет Лабораторию прикладных фотонных устройств EPFL.
Что будет дальше?
Ученые не собираются останавливаться на ушах. Будущие работы направлены на смолы с высокой плотностью клеток. Их сложнее печатать и труднее контролировать. Планируется предсказывать химические реакции внутри смолы в режиме реального времени.
Возможно, печать будет осуществляться непосредственно на существующих объектах или вокруг них.
Звучат разговоры даже о полной отмене вращения. Проецирование голограмм напрямую, без вращающейся ампулы. Это упростило бы конструкцию, снизило вибрацию и снова повысило скорость.
Мы движемся к будущему, где ваше тело может восстанавливать само себя с помощью принтеров. Пугающе? Возможно.
Но это неизбежно. Оборудование дешевое. Эффективность высокая. Биология работает.
Осталось лишь дождаться, пока смола застынет.
