Новые достижения аддитивного производства в университетах США, Германии и Индии: 3D-печатный МРТ-датчик стоит 30 долларов

Репортаж от Wedoany，Институт молекулярной системотехники и передовых материалов (IMSEAM) Гейдельбергского университета (Heidelberg University, Германия) разработал материал с замкнутым циклом переработки, пригодный для процессов цифровой обработки светом (DLP) и стереолитографии (SLA). Это позволяет светочувствительным 3D-печатным смолам разлагаться на молекулярные компоненты за считанные секунды при комнатной температуре под действием специального химического катализатора и использоваться повторно. По сравнению с другими полимерными процессами, такими как моделирование методом наплавления (FFF), световая 3D-печать имеет преимущества в разрешении и в некоторых случаях в скорости, однако её смолы подвергаются критике за сложность переработки и, как следствие, сомнительную устойчивость. Разработанный в университете метастабильный полимер содержит заранее заданные точки разрыва: под действием специального химического катализатора длинные цепи полностью распадаются за считанные секунды при комнатной температуре. Докторант Йоханнес Маркхарт в пресс-релизе пояснил, что этот процесс напоминает эффект домино. В ходе экспериментов команда изготовила из этого материала сложные структуры микрометрового масштаба, а затем разложила их обратно в полимерную смолу; спектральный анализ подтвердил, что продукты переработки химически идентичны исходному материалу на молекулярном уровне. Руководитель проекта, профессор Ева Бласко, отметила, что стабильность и перерабатываемость не являются взаимоисключающими. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

Ещё одно достижение в области устойчивой 3D-печати принадлежит исследователям Индийского института инженерии и сельских технологий (IERT) и Национального технологического института имени Мотилала Неру в Аллахабаде (Motilal Nehru National Institute of Technology Allahabad, MNNIT). Они разработали систему экструзии филамента, которая превращает отходы ПЭТ из пластиковых бутылок в филамент, пригодный для FFF. Исследовательская группа сортировала, промывала, сушила и измельчала отходы бутылок, затем перерабатывала их в филамент, а на той же системе для сравнительного теста экструдировала образцы из гранул PLA. Результаты показали, что прочность на разрыв PLA примерно на 11% выше, чем у ПЭТ (44±3,6 МПа против 39±3,2 МПа). Хотя переработанный ПЭТ уступает типичным характеристикам первичного ПЭТ, команда считает, что он по-прежнему ценен для таких применений, как товары для дома и модные изделия. Исследование также подчёркивает, что основные проблемы при переработке ПЭТ в филамент связаны с контролем влажности и стабильностью размеров. Команда признаёт, что для полной замены стандартных филаментов переработанным ПЭТ требуются дальнейшая оптимизация и характеризация материалов, однако они полагают, что уже продемонстрировали практическую основу для получения переработанного полимерного сырья в аддитивном производстве. Исследование опубликовано в журнале Advanced Manufacturing.

Готовые медицинские устройства, предназначенные для взрослых, не всегда эффективны при использовании у младенцев или детей, что побудило исследователей Университета Южной Калифорнии (University of Southern California, USC) разработать гибкий МРТ-датчик, который можно настраивать под конкретного пациента. Каждый датчик можно напечатать на 3D-принтере менее чем за 10 минут, а его стоимость составляет около 30 долларов; в ходе испытаний его контрастность изображения была в четыре раза лучше, чем у готовых датчиков. Доцент кафедры электротехники и вычислительной техники, а также кафедры биомедицинской инженерии университета Яссер Хан отметил, что, делая производство индивидуальных МРТ-устройств более быстрым и экономичным, можно обеспечить лучшую визуализацию для пациентов, которые традиционно имеют меньше возможностей выбора (особенно младенцев и детей), и привнести в МРТ уровень точности и кастомизации, которого сейчас не существует. В процессе производства токопроводящие серебряные чернила наносятся методом 3D-печати на термопластичный эластомер, повторяющий форму тела пациента; полученный датчик (также называемый катушкой) затем подключается к системе МРТ. Датчик был спроектирован и изготовлен в лаборатории Хана, а испытан в Центре динамической визуализации (DISC), оснащённом уникальной системой МРТ. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Инженеры Университета Юты (University of Utah, США) продемонстрировали метод 3D-печати, который обходит послойное построение, используя наномасштабные фотомаски для дифракции лазерного луча в голографический рисунок и отверждения исходного материала за один этап. С помощью этой технологии команда напечатала компоненты микротрубок с диаметром отдельных трубок до 6 микрометров и соотношением размеров до 120:1. Напечатанные объекты могут иметь пустоты по длине и ширине, однако создание пустот по высоте требует дальнейшего усовершенствования. Для этого исследователи использовали различные временные масштабы между экспонированием светом и процессом отверждения, а также вычислительные инженерные методы для проектирования фотомасок, позволяя областям, запланированным как полые, оставаться достаточно тёмными, чтобы избежать сшивания молекул. Полученные таким образом полые цилиндры и кубы могут служить подтверждением концепции для объектов большего размера; печать завершается за считанные секунды. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.