Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати

  • автор:

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати постоянно растут. Во всем мире люди обнаруживают, что 3D-печать может поднять их на новую высоту. Откройте для себя эти инновации в 3D-печати, которые демонстрируют потенциал аддитивного производства.

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати - современная промышленная революция

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати — современная промышленная революция

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати позволяет людям во всем мире создавать собственные продукты. Доступ к 3D-принтерам (через онлайн-сервисы) гораздо более распространен. Чем, например, при использовании традиционных технологий производства. Даже если у вас нет соответствующего оборудования.

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати меняет динамику наших действий. Предлагая эффективность, настраиваемость и доступность доступного производства. Сегодня инновационные 3D-печатные продукты и решения варьируются от ранее невозможных до непрактичных амбиций. О которых раньше проектировщики и инженеры могли только мечтать.

Следующие разделы проливают свет на некоторые из новшеств в 3D-печати, принесенных вам этой новой промышленной революцией!

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати - изготовленные на заказ и открытые протезы с открытым исходным кодом

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати — изготовленные на заказ и открытые протезы с открытым исходным кодом

Протезы долгое время были дорогой и часто неадекватной заменой утраченных конечностей и других частей тела. Но потребности в исследованиях и инновациях 3д печати меняют все это. В результате позволяя практически любому изготовить протез с индивидуальными настройками. Затрачивая при этом лишь часть стоимости, которую он будет стоить с обычными опциями.

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати в области протезирования растут. Организации и волонтеры в сообществе 3D-печати разработали различные  виды протезов. Они варьируются от обычно потерянных конечностей. Например, таких как руки и ноги. До протезирования лица и даже предметов для животных.

Сканируя и моделируя пациента, можно изготовить индивидуально подобранные протезы. В результате печатать их с помощью общедоступных принтеров и материалов.

3D-печать также дает возможность конструировать более легкие и прочные протезы. Например, такие как экзопротезная ножка Уильяма Рута. Которая легче, благодаря полой внутренней геометрии конструкции. Причем все это наряду с нестандартными посадками и более низкими затратами.

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати привела к созданию дизайнов, которые производятся не только медицинскими компаниями. Но это не просто стандартные, «статичные» продукты. Эти протезы, как и многие продукты с открытым исходным кодом, постоянно развиваются. Благодаря волонтерам, которые сотрудничают, чтобы постоянно опираться на проекты друг друга.

Например, пользователь  Thingiverse Gael_Langevin  создал 3D-отпечатанную руку для рекламы. То есть это был даже не дизайн протеза. В итоге коллега-пользователь gorositomartin основал  свою модель. Чтобы сделать  инновационный протез для пациентов ниже локтя.

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати объединяют инженеров, ученых и волонтеров во всем мире. К которым у людей с ампутированными конечностями иначе не было бы доступа. В некоторых случаях такие организации и волонтеры, как Гильермо Мартинес  и его компания Ayúdame3D, предоставляли обнищавшим пациентам в развивающихся странах протезы, без которых им в противном случае пришлось бы обходиться.

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати - медицина и биотехнология

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати — медицина и биотехнология

Хотя технология далека от совершенства, органы 3D-печати уже на горизонте. В настоящее время технология все еще в значительной степени ограничивается тканевыми культурами.

Например, созданными учеными из Университета Карнеги-Меллона. В которых используются гидрогели и «компоненты» органов. Например, такие как сердечные клапаны. Сегодня исследователи создали 3D-печатные живые ткани. Но в некоторых случаях их даже успешно имплантировали лабораторным животным.

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати очень востребованы в медицине и биотехнологиях.

В качестве примера. Начинающая компания Prellis Biologics занимается 3D-печатью «сосудистых пучков» и других тканей. Эти капиллярные ткани жизненно важны для работы органов. А внедрение биопечатных капилляров является серьезным шагом на пути к созданию полностью 3D-напечатанных органов. Они выполняют это, используя голографическую технологию для одновременного проецирования и печати ткани из биологического материала.

Культуры тканей с 3D-печатью также меняют способ тестирования препаратов. Клетки ведут себя по-разному в двумерных культурах. В результате это делает их неточными приближениями для живых трехмерных культур тканей. Естественно, в 3D-печатных культурах такой проблемы нет.

Еще одно новшество в медицине — появление 3D-печатных лекарств. Первый 3D печататься лекарства одобрен FDA является Spritam. Это противосудорожное лекарство имеет то преимущество, что быстро растворяется на языке. Чего не могли сделать традиционные лекарства.

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати — имплантаты и хирургические направляющие

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати двигают и хирургию. Сканирование анатомии пациента может быть использовано для создания невероятно точных имплантатов. Или направляющих для помощи в реконструктивной хирургии. Благодаря технологии 3D. Оба типа устройств могут быть изготовлены с беспрецедентной точностью и качеством.

Высокоточные пользовательские структуры — не единственное преимущество. Например, титановые имплантаты с 3D-печатью могут быть изготовлены с использованием селективного лазерного спекания (SLS). Чтобы быть пористыми или иметь особую внутреннюю геометрию.

Это обеспечивает лучшую остеоинтеграцию. Но это означает, что кость растет и соединяется с титаном по всему имплантату. Делая его более стабильным и функциональным.

Это главное преимущество, значительно снижающее частоту отказов таких имплантатов. Обычные конструкции основаны на пористых поверхностных покрытиях и других менее эффективных методах.

Другим преимуществом является, например, то, что использование индивидуальной подгонки, а не подхода «один размер подходит для всех» уменьшает степень ослабления. Которое может произойти из-за несовершенной подгонки. Которая создает дополнительное напряжение и износ на кости пациента.

Зубные имплантаты и формы также создаются с помощью 3D-печати. Ученые и стоматологи адаптируют технологии SLA и DLP  для достижения этой цели. В современных стоматологических 3D-принтерах имплантаты или слепки могут быть практически идентичны оригинальным зубам.

Некоторые системы настолько эффективны, что могут фрезеровать зуб на станке с ЧПУ, пока пациент ждет. В одном исследовательском проекте даже использовались УФ-отверждаемые зубные смолы. В которые добавлены антибактериальные соли четвертичного аммония для успешной 3D-печати антибактериальных зубов!

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати — производство и дизайн по требованию

Благодаря 3D-печати производство и дизайн во всем мире революционизируются просто благодаря тому, что теперь это можно сделать «на лету».

Американские военные уже некоторое время экспериментируют с 3D-печатью. Одним из преимуществ, на котором они сосредоточены, является потенциал для производства деталей. А также и оборудования по требованию и даже БПЛА по требованию.

В некоторых случаях может потребоваться год, чтобы реквизировать запасную часть. Но ВВС США сократили это время до нескольких дней благодаря 3D-печати. Это позволяет им обслуживать транспортные средства и снаряжение намного эффективнее и доступнее.

Audi также принимает участие в 3D-печати автомобильных деталей. Например, эффективно меняя способ их производства и распространения. Но основным преимуществом является сокращение времени ожидания клиентов при заказе сложных деталей.

Они могут более эффективно и по доступной цене изготавливать более легкие детали со сложной внутренней геометрией или функциями. Используя процесс типа SLS.

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати не только сделали возможным быстрое производство по требованию. Но и дали возможность людям, где бы то ни было, быстро воплотить свои проекты в жизнь. Даже без 3D-принтера можно получить доступ к мелкому и крупному производству через онлайн-сервисы. Например, такие как Shapeways, Sculpteo и i.Materialise.

Современные материалы 3д печать

Современные материалы

Вы следите за новостями о 3D-печати? Тогда вы можете довольно быстро заметить, что достижения в области материаловедения появляются снова и снова. Благодаря именно во многом 3D-печати. 3D-печать позволяет создавать новые инновационные композитные материалы. В дополнение к композитным нитям, которые содержат углеродное волокно. Или другие добавки для повышения прочности.

«Непрерывные композиты», компания из Айдахо, используют 3D-печать для производства непрерывных композитов из углеродного волокна. Которые имеют длинные нити из углеродного волокна, проходящие через печать. Другие компании производят и разрабатывают инновационные методы производства композитов из материалов от кевлара и стекловолокна до, например, углеродного волокна и других добавок.

Даже американские военные работают над инновационными передовыми 3D-печатными материалами, такими как  композитный керамический бронежилет . Они создали материал, превосходящий по своим характеристикам стандартную броню. Используя два разных керамических материала и двойную экструзионную систему.

«Метаматериалы» являются еще одной областью материаловедения. Извлекающей выгоду из инноваций, связанных с 3D-печатью. В частности, функциональные метаматериалы , которые работают больше как сложные машины, стали возможными благодаря 3D-печати. Они могут функционировать как петли, дверные ручки и, возможно, многое другое, и все это без сложных движущихся частей.

В Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса они разработали материалы, которые при нагревании сокращаются. А не расширяются. Они также могут быть «настроены», чтобы реагировать на определенные температурные диапазоны.

Исследователи из Бостонского университета разработали инновационный метаматериал, который улучшает качество  и скорость МРТ-сканирования. Это стало возможным благодаря 3D-печати пластиковых катушек, использованных в материале. Они также напечатали 3D метаматериал, который блокирует 94% звуков.

Другие команды создали метаматериалы, которые также манипулируют звуком. Одна команда из USC Viterbi создала такой материал, который можно активировать магнитным полем. Имея частицы железа в решетчатой ​​структуре, можно использовать магнитное поле, чтобы деформировать структуру в структуру, которая удерживает звуки, а не пропускает их сквозь.

Дома и аварийные приюты

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати приносят различные инновации в строительную отрасль. Например, одним из них является 3D печать домов и аварийных убежищ.

Так один проект, получивший название ICON, позволил создать 3D-печатный дом всего за несколько недель из цемента и системы 3D-печати, которую они разработали. Или, например, исследователи из Нантского университета разработали систему 3D-печати, способную построить полностью изолированную конструкцию из пенополиуретанового пенопласта за 20-30 минут с помощью манипулятора.

Между тем, другие компании внедряют инновации другими способами. Например, одна компания, под названием Branch Technology, создает инновационные 3D-печатные леса с 3D-принтерами произвольной формы. Которые можно использовать для создания более прочных и легких конструкций.

В результате эти конструкции могут быть использованы в том виде, как они есть. Но они также могут быть заполнены недорогими материалами для создания корпусов по запросу или усиленных конструкций. Эти типы инноваций могут снизить затраты, повысить стандарты качества и безопасности. А также ускорить строительство домов и других зданий.

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати — новые структуры и 4D смарт-объекты

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати привели к созданию и производству инновационных конструкций и материалов. Обладающих уникальными и интересными свойствами. Как и метаматериалы.

В результате пионеры в Emerging Objects создали несколько потрясающих работ в этой области. Их дождевые экраны и испарительные охлаждающие блоки являются действительно инновационными. Они стали возможны благодаря керамической 3D-печати. Но также представляют собой низкотехнологичное решение общей проблемы.

Еще одним новшеством, разрабатываемым в этой области, являются объекты, которые реагируют на раздражители. Их иногда называют «печатными 4D» или «умными объектами». Поскольку их можно заставить реагировать на окружение. И даже «самостоятельно собирать».

Например, исследователи создали объекты, которые деформируются, складываются или изменяют форму в ответ на нагрев . Но один из способов сделать это — использовать несколько материалов. Которые расширяются с разной скоростью.

В результате объект изгибается под воздействием тепла. Когда одна сторона объекта расширяется больше, чем другая. В будущем эту инновационную технологию можно было бы использовать для создания сложных объектов. Которые могли бы объединяться, экономя время, энергию и ресурсы.

Дроны и авиационные запчасти

Уже и любители 3D-печати производят  запасные части для беспилотников. Это позволяет им быстрее вернуть свой беспилотник, предлагая индивидуальную настройку и все другие преимущества, связанные с 3D-печатью. Даже военная и аэрокосмическая промышленность завоевывают популярность, используя аддитивное производство для беспилотников и других самолетов.

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати позволяют создавать полностью герметичные, полые конструкции. Которые в результате можно сделать легче, прочнее и эффективнее, чем беспилотные летательные аппараты (БЛА) традиционного производства. Это позволило, например, Stratasys создать беспилотный летательный аппарат, 80% которого напечатаны в 3D. В случае необходимости, компания заявляет, что может произвести второй в течение нескольких недель.

Университет Шеффилда создал планер БПЛА с  3D-печатью. Его можно распечатать и поставить в эфир за день. Эти инновационные разработки значительно сокращают затраты на тестирование и производство БПЛА. А также время, необходимое для их создания.

Совсем недавно Titomic 3D напечатал титановый дрон. Они использовали инновационный процесс Titomic Kinetic Fusion, который механически плавит титановый порошок. Этот инновационный метод 3D-печати позволяет им комбинировать разнородные металлы и материалы.

В результате создавая детали, которые демонстрируют уникальные свойства и преимущества различных сплавов в одном материале. Это также устраняет сварные швы и другие точки отказа, которые мешают традиционному производству.

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати — это только начало

Потребности в исследованиях и инновациях 3д печати к настоящему времени привели к массовому росту инноваций в различных секторах. Весьма вероятно, что мир завтрашнего дня будет наполнен 3D-печатными автомобилями, дронами, электроникой, самолетами, дверными ручками. И всеми видами продуктов. Которые у нас никогда не были. Либо никогда не были такими доступными и настраиваемыми.

В мире 3D-печати есть чем порадоваться — это настоящий дикий запад возможностей. Хорошо это или плохо? Но вы можете стать следующим новатором, который изменит жизни, отрасли или даже мир.

Лицензия: текст «8 великих инноваций, ставших возможными благодаря 3D-печати» от All3DP. Распространяется по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0.

Статья относится к нашему аналитическому обзору «Рынок 3D-печати«.

Все новости в наших группах: вконтакте, twitter, facebook