Einführung
Der 3D-Druck ist für 2017 nicht neu, aber in diesem Jahr haben die Forscher die Grenzen der scheinbar Science-Fiction-Technik überschritten und Objekte gedruckt, die komplizierte Details erfordern - wie ein lebensechtes Modell eines Neugeborenen und eine mikroskopische Kamera - sowie Objekte, die hergestellt wurden mit Materialien, die überraschend klingen können, einschließlich Käse und Glas.
Lesen Sie weiter, um eine Zusammenfassung der coolsten und verrücktesten Dinge zu erhalten, die 2017 in 3D gedruckt wurden.
Eine Welpenmaske
Ein 4 Monate alter Staffordshire Bullterrier-Welpe war der erste Patient, der eine neue 3D-gedruckte Maske verwendete, um sich von schweren Gesichtsverletzungen zu erholen. Der rechte Wangen- und Kieferknochen des Welpen sowie sein Kiefergelenk (das Gelenk, das den Kieferknochen mit dem Schädel verbindet) wurden gebrochen, als ein anderer Hund sie angriff.
Der Welpe namens Loca hatte das Glück, an der Davis School of Veterinary Medicine der University of California angekommen zu sein, wo Tierärzte der Universität mit Kollegen des UC Davis College of Engineering bei der Entwicklung der "Exo-K9 Exoskeleton" -Maske für Hunde zusammengearbeitet hatten . Loca war der ideale Patient, um die Technologie zu testen.
Zuerst scannten die Ingenieure den Schädel von Loca, um eine maßgeschneiderte Maske zu entwerfen, die dann mit einem 3D-Drucker gedruckt wurde. Die Maske hielt Locas gebrochene Gesichtsknochen an Ort und Stelle, so wie ein Gipsverband gebrochene Arm- oder Beinknochen hält. Innerhalb eines Monats konnte der Welpe hartes Knabberei essen, und eine dreimonatige Untersuchung ergab, dass das Kiefergelenk wie erwartet heilte.
Eierstöcke der Maus
Eine weibliche Maus mit 3D-gedruckten Eierstöcken brachte in einem Experiment an der Feinberg School of Medicine der Northwestern University in Chicago gesunde Welpen zur Welt.
Das Ergebnis wurde als Durchbruch gefeiert, da es eines Tages zu neuen Wegen zur Behandlung von Unfruchtbarkeit beim Menschen führen könnte, obwohl noch viel mehr Forschung erforderlich ist. Es könnte besonders nützlich sein für Frauen, deren Eierstöcke durch Krebsbehandlung beschädigt wurden, sagten die Forscher.
Mithilfe der 3D-Drucktechnologie erstellten die Forscher ein ausgeklügeltes poröses Gerüst aus Gelatine. (Gelatine ist eine Art Kollagen, ein natürliches Protein, das in großen Mengen im menschlichen Körper vorkommt.) Die Struktur wurde dann mit Eierstockzellen einer anderen Maus besiedelt. Die Forscher testeten verschiedene Formen von Poren, bevor sie auf der bestimmten Form landeten, die den Eierstockzellen die richtige Unterstützung bot.
Das Experiment war ein Erfolg: Die implantierten Zellen verhielten sich wie Zellen in natürlichen, gesunden Eierstöcken und produzierten schließlich Hormone, die den Fortpflanzungszyklus der Maus steuern. und es ermöglichen, schwanger zu werden.
Ein Wohnhaus
Das erste 3D-gedruckte Wohnhaus wurde im März in weniger als 24 Stunden in den Vororten von Moskau gebaut. Die Wände des studioähnlichen 37 Quadratmeter großen Hauses wurden mit einem mobilen 3D-Drucker gedruckt, der vom Moskauer Startup Apis Cor entwickelt wurde.
Anstatt einzelne Betonplatten zu drucken, die später manuell zusammengebaut werden sollten, druckte der 3D-Drucker die Wände und Trennwände als eine vollständig verbundene Struktur, wobei die ungewöhnliche runde Form des Hauses berücksichtigt wurde.
Das Dach, die Türen und Fenster waren die einzigen Komponenten, die später von menschlichen Arbeitern installiert werden mussten. Das Prototypenhaus kostete ungefähr 10.134 USD oder 25 USD pro Quadratfuß (275 USD pro Quadratmeter). Die teuersten Komponenten waren laut den Entwicklern die Fenster und Türen.
Das Unternehmen ist davon überzeugt, dass der 3D-Druck das Bauen nicht nur erheblich beschleunigen, sondern auch umweltfreundlicher machen kann.
Haus aus Glas
Glas, ein Material, das die Menschheit seit dem alten Ägypten verwendet, hat sich dem 3D-Druck lange widersetzt. Dies liegt daran, dass das Material zur Verarbeitung auf extrem hohe Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius erhitzt werden muss. Obwohl es komplexe industrielle 3D-Drucker gibt, die mit Lasern Materialien auf sehr hohe Temperaturen erhitzen können, war das resultierende Produkt bei Verwendung auf Glas ziemlich natürlich und unbrauchbar.
Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie in Eggenstein-Leopoldshafen lösten das Problem mit einer neuen Technik, mit der sich mit einem herkömmlichen 3D-Drucker komplexe Glasstrukturen erstellen lassen - ohne Lasererwärmung.
Als Ausgangsmaterial verwendeten die Ingenieure sogenanntes Flüssigglas - eine Mischung aus Nanopartikeln aus Siliciumdioxid, aus dem das Glas besteht - dispergiert in einer Acryllösung. Ein Objekt wird 3D-gedruckt und dann UV-Licht ausgesetzt, das das Material zu einer Art Kunststoff wie Acrylglas aushärtet. Dann wird das Objekt auf etwa 2300 ° C erhitzt, wobei der Kunststoff weggebrannt und die Silica-Nanopartikel zu einer glatten, transparenten Glasstruktur verschmolzen werden.
Käse
Im Gegensatz zu Glas kann Käse leicht geschmolzen werden. Kein Wunder also, dass die Forscher das Milchprodukt als idealen Kandidaten für 3D-Druckversuche mit Lebensmitteln betrachteten.
Ein Forscherteam der School of Food and Nutritional Sciences am University College Cork in Irland verwendete eine Mischung, die der für die Herstellung von Schmelzkäse verwendeten ähnelt, und spritzte sie durch eine Düse eines 3D-Druckers, um eine "neue" Art der Verarbeitung zu erzeugen Käse.
Die Mischung wurde 12 Minuten lang auf 75 Grad Celsius erhitzt und dann mit zwei verschiedenen Extrusionsraten durch den 3D-Drucker laufen gelassen. (Die Extrusionsrate ist die Geschwindigkeit, mit der der Drucker den geschmolzenen Käse durch die Spritze herausdrückt.)
Schmelzkäse enthält eine Mischung aus Zutaten, darunter Emulgatoren, gesättigte Pflanzenöle, zusätzliches Salz, Lebensmittelfarbe, Molke und Zucker. Es ist möglicherweise nicht gerade die gesündeste Käsesorte, daher ist nicht klar, ob die neue Leckerei das Gütesiegel eines Ernährungswissenschaftlers erhalten würde.
Aus Sicht der Forscher war der 3D-gedruckte Käse jedoch ein Erfolg. Es war 45 bis 49 Prozent weicher als unbehandelter Schmelzkäse, etwas dunkler gefärbt, etwas federnder und flüssiger beim Schmelzen. Die Studie lieferte keine Schlussfolgerungen zum Geschmack.
Lebensechte Babypuppen
Babys, die sich wie echt fühlen, wurden von niederländischen Forschern in 3D gedruckt, die hoffen, die Trainingsmethoden für Ärzte, die mit Neugeborenen arbeiten, zu verbessern.
Die Baby-Puppen, die derzeit für die Ausbildung von Ärzten verwendet werden, sind zu mechanisch und vermitteln nicht das Gefühl, ein zerbrechliches Kind zu behandeln, sagte der leitende Forscher Mark Thielen, ein medizinischer Konstrukteur an der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden, gegenüber Live Science März.
Dank des 3D-Drucks konnten Thielen und sein Team anatomisch genaue Puppen mit realistischen inneren Organen erstellen. Um ein Höchstmaß an Genauigkeit zu erreichen, verwendeten die Forscher MRT-Scans der Organe von Neugeborenen, die anschließend mit hoher Detailgenauigkeit ausgedruckt wurden. Zum Beispiel würde ein 3D-gedrucktes Herz detaillierte Arbeitsventile enthalten. Die Puppen haben sogar blutähnliche Flüssigkeit in ihren Venen.
Das Ziel ist es, ein hohes Maß an realistischem taktilem Feedback zu liefern, wenn klinische Eingriffe an Puppen durchgeführt werden, sagte Thielen. Mit anderen Worten, wenn die Chirurgen einen Teil der Puppe bewegen oder Druck auf einen bestimmten Bereich ausüben, fühlt und bewegt es sich wie die reale Sache.
Augen
Von niederländischen Forschern wurden 3D-gedruckte Augen entwickelt, mit denen Kinder, die ohne richtig entwickelte Augen geboren wurden, relativ normal aussehen können. Leider können die Kinder mit den 3D-gedruckten Augenprothesen nicht sehen.
Ungefähr 30 von 100.000 Kindern werden mit Mikrophthalmie und Anophthalmie geboren, was bedeutet, dass ihre Augen entweder vollständig fehlen oder unterentwickelt sind. Infolgedessen fehlt ihren Augenhöhlen die strukturelle Unterstützung, die sie benötigen, damit sich die Gesichter der Kinder auf normale Weise entwickeln können.
Wenn ein Erwachsener ein Auge verliert, erhält er eine permanente Augenprothese. Dies ist jedoch bei Kindern nicht möglich, die besonders in den ersten Monaten und Jahren ihres Lebens sehr schnell wachsen.
Der 3D-Druck temporärer unterstützender Strukturen, so genannter Konformere, kann schnell, kostengünstig und in einer Reihe sehr präziser Größen durchgeführt werden, so die Forscher.
Dies ist äußerst wichtig, da der Knochen um die Pfanne ohne Auge nicht richtig stimuliert wird und das Gesicht keine natürlich aussehenden Proportionen entwickelt.
Die Konformere wurden bereits ab Mai an einer kleinen Gruppe von fünf Kindern getestet.
Ein Kletterroboter
Ein Roboter mit weichen, gummiartigen, 3D-gedruckten Beinen demonstrierte seine hervorragenden Fähigkeiten, unwegsames Gelände zu erobern, eine Aufgabe, die herkömmliche Roboter normalerweise lähmt.
Ingenieure der University of California in San Diego haben die Beine des Roboters digital entworfen und seine Leistung und sein Verhalten in verschiedenen Situationen modelliert - beispielsweise auf einer weichen, sandigen Oberfläche, in engen Räumen oder beim Klettern über Felsen.
Sie entschieden sich schließlich für ein Design, das aus drei miteinander verbundenen spiralförmigen Rohren bestand, die innen hohl sind und aus einer Kombination von weichen und starren Materialien bestehen.
Während sie einen Schritt machen, testen die Beine das umliegende Gelände und passen sich dann sofort durch Kolben an, die sich in einer bestimmten Reihenfolge aufblasen und den Gang des Roboters bestimmen.
Die Neuheit des Designs ist laut den Ingenieuren die Tatsache, dass sich die Beine des Roboters in alle möglichen Richtungen biegen können.
"Lachen"
Das erste Kunstwerk wurde im Februar dieses Jahres mit einem 3D-Drucker an Bord der Internationalen Raumstation im Weltraum geschaffen.
Das Kunstwerk repräsentiert menschliches Lachen und wurde in Zusammenarbeit zwischen dem israelischen Künstler Eyal Gever und der in Kalifornien ansässigen Firma Made In Space im Rahmen des Projekts #Laugh geschaffen.
Weltraumbegeisterte wurden eingeladen, an der Erstellung des Weltraumkunstwerks über eine App teilzunehmen, die das Lachen der Benutzer einfängt und es in ein digitales 3D-Modell verwandelt, das einem Stern ähnelt.
Mehr als 100.000 Menschen haben ihr Lachen zu dem Projekt beigetragen, das im Dezember 2016 begann. Die App-Nutzer wählten dann den besten Lachstar, der auf dem Lachen von Naughtia Jane Stanko aus Las Vegas beruhte. Das Design wurde anschließend auf die ISS übertragen und auf einer Maschine, die normalerweise zur Herstellung von Ersatzteilen verwendet wird, in 3D gedruckt.
Mikrokamera
Mit Hilfe des 3D-Drucks wurde von deutschen Forschern eine Mikrokamera entwickelt, die für Miniaturdrohnen und -roboter oder chirurgische Endoskope verwendet werden kann.
Die Kamera bietet Adlerauge-Sicht - die Fähigkeit, weit entfernte Objekte klar zu sehen und gleichzeitig zu wissen, was in der peripheren Sicht vor sich geht.
Um das Gerät zu erstellen, druckten Ingenieure des Instituts für Technische Optik der Universität Stuttgart mit einer Technik namens Femtosekundenlaser-Cluster Cluster von vier Linsen auf einen Bildsensor-Chip.
Die Miniaturobjektive reichen von breit bis schmal und von niedrig bis hochauflösend. Diese Struktur ermöglicht es, Bilder zu einer Volltrefferform mit einem scharfen Bild in der Mitte zu kombinieren, ähnlich wie Adler sehen.
Die vier Linsen können auf 300 Mikrometer mal 300 Mikrometer (0,012 Zoll oder 0,03 Zentimeter auf jeder Seite) verkleinert werden, etwa so groß wie ein Sandkorn. Die Forscher sagen jedoch, dass sie das Gerät möglicherweise in Zukunft noch kleiner machen können, wenn kleinere Chips verfügbar werden.
