Introduzione
La stampa 3D non è una novità per il 2017, ma quest'anno i ricercatori hanno spinto i confini della tecnica apparentemente fantascientifica, stampando oggetti che richiedevano dettagli complessi - come un modello realistico di un neonato e una macchina fotografica microscopica - nonché oggetti realizzati con materiali che possono sembrare sorprendenti, tra cui formaggio e vetro.
Continua a leggere per un riepilogo delle cose più belle e divertenti che sono state stampate in 3D nel 2017.
Una maschera da cucciolo
Un cucciolo di Staffordshire bull terrier di 4 mesi è diventato il primo paziente a utilizzare una nuova maschera stampata in 3D per aiutare il recupero da gravi lesioni al viso. Lo zigomo e la mascella del cucciolo destro, così come la sua articolazione temporo-mandibolare (l'articolazione che collega la mascella al cranio), sono stati fratturati quando un altro cane l'ha attaccata.
Il cucciolo, di nome Loca, è stato fortunato ad arrivare alla Davis School of Veterinary Medicine dell'Università della California, dove i veterinari all'università avevano collaborato con i colleghi dell'UC Davis College of Engineering allo sviluppo della maschera "Exo-K9 Exoskeleton" per cani . Loca era il paziente ideale su cui testare la tecnologia.
Innanzitutto, gli ingegneri hanno scansionato il cranio di Loca per progettare una maschera personalizzata, che è stata quindi stampata con una stampante 3D. La maschera teneva le ossa del viso fratturate di Loca in posizione nello stesso modo in cui un cast tiene le ossa del braccio o delle gambe fratturate. Entro un mese, il cucciolo poteva mangiare crocchette dure e un controllo di 3 mesi ha mostrato che l'articolazione temporo-mandibolare stava guarendo come previsto.
Ovaie del mouse
Una femmina di topo con ovaie stampate in 3D ha dato alla luce cuccioli sani in un esperimento condotto presso la Northwestern University Feinberg School of Medicine di Chicago.
Il risultato è stato salutato come una svolta, poiché un giorno potrebbe portare a nuovi modi di trattare l'infertilità nell'uomo, anche se sono necessarie molte più ricerche. Potrebbe essere particolarmente utile per le donne le cui ovaie sono state danneggiate a causa del trattamento del cancro, i ricercatori hanno detto.
Usando la tecnologia di stampa 3D, i ricercatori hanno creato un'impalcatura porosa elaborata fatta di gelatina. (La gelatina è un tipo di collagene, una proteina naturale trovata nel corpo umano in grandi quantità.) La struttura è stata quindi popolata con cellule ovariche di un altro topo. I ricercatori hanno testato varie forme di pori prima di atterrare sulla forma particolare che ha fornito la giusta quantità di supporto alle cellule ovariche.
L'esperimento è stato un successo: le cellule impiantate hanno iniziato a comportarsi come farebbero le cellule nelle ovaie sane naturali, producendo infine ormoni che guidano il ciclo di riproduzione del topo. e consentendogli di rimanere incinta.
Una casa residenziale
La prima casa residenziale stampata in 3D è stata costruita in meno di 24 ore nella periferia di Mosca a marzo. Le pareti della casa simile a uno studio di 400 piedi quadrati (37 metri quadrati) sono state stampate usando una stampante 3D per costruzioni mobili sviluppata dalla startup con sede a Mosca Apis Cor.
Invece di stampare singoli pannelli di cemento che sarebbero stati successivamente assemblati manualmente, la stampante 3D ha stampato le pareti e le partizioni come una struttura completamente connessa, consentendo la forma rotonda insolita della casa.
Il tetto, le porte e le finestre erano gli unici componenti che dovevano essere installati successivamente dagli operai umani. La casa del prototipo costa circa $ 10.134, o $ 25 per piede quadrato ($ 275 per metro quadrato). I componenti più costosi, secondo gli sviluppatori, erano le finestre e le porte.
La società ritiene che la stampa 3D potrebbe rendere la costruzione non solo notevolmente più veloce, ma anche più ecologica.
Casa di vetro
Il vetro, un materiale utilizzato dall'umanità fin dall'antico Egitto, ha resistito a lungo alla stampa 3D. Questo perché, per essere elaborato, il materiale deve essere riscaldato a temperature estremamente elevate fino a 1.832 gradi Fahrenheit (1.000 gradi Celsius). Sebbene esistano complesse stampanti 3D industriali in grado di riscaldare materiali a temperature molto elevate utilizzando i laser, se utilizzato su vetro, il prodotto risultante era piuttosto logico e inutilizzabile.
I ricercatori dell'Istituto tedesco di tecnologia Karlsruhe di Eggenstein-Leopoldshafen hanno risolto il problema con una nuova tecnica che consente di creare strutture in vetro complesse con una stampante 3D convenzionale, senza la necessità del riscaldamento laser.
Come materiale di partenza, gli ingegneri hanno utilizzato il cosiddetto vetro liquido - una miscela di nanoparticelle di silice, il materiale di cui è composto il vetro - disperso in una soluzione acrilica. Un oggetto viene stampato in 3D e quindi esposto alla luce UV, che indurisce il materiale in una sorta di plastica come il vetro acrilico. Quindi, l'oggetto viene riscaldato a circa 2.372 gradi F (1.300 gradi C), bruciando la plastica e fondendo le nanoparticelle di silice in una struttura di vetro liscia e trasparente.
Formaggio
A differenza del vetro, il formaggio può essere sciolto facilmente. Quindi non è una sorpresa che i ricercatori abbiano visto il prodotto lattiero-caseario come un candidato ideale per esperimenti di stampa 3D con il cibo.
Un team di ricercatori della School of Food and Nutritional Sciences presso l'University College di Cork in Irlanda ha utilizzato una miscela simile a quella utilizzata per produrre formaggio fuso e lo ha spruzzato attraverso un ugello di una stampante 3D per creare un "nuovo" tipo di lavorazione formaggio.
La miscela è stata riscaldata a 167 gradi Fahrenheit (75 gradi Celsius) per 12 minuti, quindi è passata attraverso la stampante 3D a due diverse velocità di estrusione. (La velocità di estrusione è la velocità con cui la stampante spinge fuori il formaggio fuso attraverso la siringa.)
Il formaggio fuso contiene una miscela di ingredienti, tra cui emulsionanti, oli vegetali saturi, sale extra, coloranti alimentari, siero di latte e zucchero. Potrebbe non essere esattamente il tipo di formaggio più sano, quindi non è chiaro se il nuovo trattamento riceverà il sigillo di approvazione di un nutrizionista.
Tuttavia, dal punto di vista dei ricercatori, il formaggio stampato in 3D è stato un successo. Dal 45% al 49% è più morbido del formaggio fuso non trattato, un po 'più scuro di colore, un po' più elastico e più fluido quando fuso. Lo studio non ha fornito conclusioni sul gusto.
Manichini realistici per bambini
I bambini che sembrano veri sono stati stampati in 3D da ricercatori olandesi, che sperano di migliorare i metodi di allenamento per i medici che lavorano con i neonati.
I manichini attualmente utilizzati per la formazione dei medici sono troppo meccanici e non forniscono la vera sensazione di trattare un bambino fragile, ha detto a Live Science il ricercatore capo Mark Thielen, ingegnere di progettazione medica presso l'Università tecnologica di Eindhoven nei Paesi Bassi. a marzo.
La stampa 3D ha consentito a Thielen e al suo team di creare manichini anatomicamente precisi che includono organi interni realistici. Per raggiungere il massimo livello di accuratezza, i ricercatori hanno usato le scansioni MRI degli organi dei neonati che sono state successivamente stampate con un alto livello di dettaglio. Ad esempio, un cuore stampato in 3D includerebbe valvole dettagliate e funzionanti. I manichini hanno persino un fluido simile al sangue che circola nelle loro vene.
Lo scopo è fornire un alto livello di feedback tattile realistico quando si eseguono interventi clinici su manichini, ha affermato Thielen. In altre parole, quando i chirurghi spostano una parte del manichino o esercitano una pressione su una determinata area, si sente e si muove come la cosa reale.
Occhi
I ricercatori olandesi hanno creato occhi stampati in 3D che possono aiutare i bambini nati senza occhi adeguatamente sviluppati ad apparire relativamente normali. Sfortunatamente, le protesi oculari stampate in 3D non daranno ai bambini la possibilità di vedere.
Circa 30 su 100.000 bambini nascono con condizioni chiamate microftalmia e anoftalmia, il che significa che i loro occhi sono completamente mancanti o sottosviluppati. Di conseguenza, le loro orbite mancano del supporto strutturale di cui hanno bisogno affinché i volti dei bambini si sviluppino in modo normale.
Se un adulto perde un occhio, gli verrà data una protesi oculare permanente. Questo non è possibile nei bambini, tuttavia, che crescono molto velocemente, specialmente nei primi mesi e anni della loro vita.
I ricercatori hanno affermato che la stampa 3D di strutture di supporto temporanee, chiamate conformers, può essere eseguita in modo rapido, economico e in una gamma di dimensioni molto precise.
Ciò è estremamente importante in quanto, senza l'occhio, l'osso attorno alla presa manca di una corretta stimolazione e il viso non sviluppa proporzioni naturali.
I conformatori sono già stati testati su un piccolo gruppo di cinque bambini a partire da maggio.
Un robot di arrampicata su roccia
Un robot con morbide gambe gommose stampate in 3D ha dimostrato le sue superbe capacità di conquistare terreni accidentati, un compito che di solito paralizza i robot tradizionali.
Gli ingegneri dell'Università della California, San Diego, hanno progettato digitalmente le gambe del robot e ne hanno modellato le prestazioni e il comportamento in varie situazioni, ad esempio su una superficie morbida e sabbiosa, in spazi ristretti o quando si arrampicano su rocce.
Alla fine hanno scelto un design che consisteva in tre tubi collegati a spirale che sono vuoti all'interno e realizzati da una combinazione di materiali morbidi e rigidi.
Mentre fanno un passo, le gambe testano il terreno circostante e poi si regolano istantaneamente, attraverso pistoni che si gonfiano in un certo ordine e determinano l'andatura del robot.
La novità del design, secondo gli ingegneri, è il fatto che le gambe del robot possono piegarsi in tutte le direzioni possibili.
"Risata"
La prima opera d'arte in assoluto è stata creata nello spazio nel febbraio di quest'anno usando una stampante 3D a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.
L'opera d'arte rappresenta una risata umana ed è stata creata in una collaborazione tra l'artista israeliano Eyal Gever e la società californiana Made In Space nell'ambito del progetto chiamato #Laugh.
Gli appassionati di spazio sono stati invitati a partecipare alla creazione di un'opera d'arte spaziale tramite un'app che cattura le risate degli utenti e lo trasforma in un modello 3D digitale che ricorda una stella.
Più di 100.000 persone hanno contribuito con le loro risate al progetto, che è iniziato a dicembre 2016. Gli utenti dell'app hanno quindi scelto la migliore stella della risata, basata sulle risate di Naughtia Jane Stanko di Las Vegas. Il design è stato successivamente trasferito sulla ISS e stampato in 3D su una macchina che di solito viene utilizzata per la fabbricazione di pezzi di ricambio.
Micro-macchina fotografica
Una microcamera che poteva essere utilizzata su droni e robot in miniatura o endoscopi chirurgici è stata creata da ricercatori tedeschi con l'aiuto della stampa 3D.
La telecamera offre una visione ad occhio d'aquila - la capacità di vedere chiaramente oggetti lontani mentre allo stesso tempo è consapevole di ciò che accade nella visione periferica.
Per creare il dispositivo, gli ingegneri dell'Istituto di ottica tecnica dell'Università di Stoccarda, in Germania, hanno stampato gruppi di quattro lenti su un chip sensibile all'immagine usando una tecnica chiamata scrittura laser a femtosecondi.
Le lenti in miniatura vanno da ampie a strette e da basse ad alta risoluzione. Questa struttura consente di combinare le immagini in una forma a occhio di bue con un'immagine nitida al centro, simile a come vedono le aquile.
Le quattro lenti possono essere ridimensionate fino a 300 micrometri per 300 micrometri (0,012 pollici, o 0,03 centimetri, su ciascun lato), delle dimensioni di un granello di sabbia. Ma i ricercatori affermano che potrebbero essere in grado di rendere il dispositivo ancora più piccolo in futuro quando saranno disponibili chip più piccoli.
