Contents
A 3D nyomtatás használata az állatorvostudományban
Bevezetés
- A 3D nyomtatás fogalma, mely lassan két évtizedes múltra nyúlik vissza, olyan műveletre utal, melynek eredménye egy háromdimenziós tárgy. A nyomtatás során egy számítógép által vezérelt, egymásra rakódó rétegekből felépülő tárgyat kapunk. Az így elkészült nyomtatvány szinte bármilyen alakot vagy formát felvehet, illetve jóformán akármilyen alapanyagból elkészíthető, a nyomtató típusától függően. A módszer forradalmiságának köszönhetően mind a hétköznapi, mind a tudományos élet terén nagyon sok területen felhasználható és hatalmas potenciál rejlik benne szinte minden iparágazat számára.
Története
A legelső példány, melynek fejlesztője Hideo Kodama volt, 1980-ban jelent meg. Az általa kifejlesztett eljárás lényege egy fényre keményedő polimer UV-sugárzással való kezelése, melynek két módját fejlesztette ki. Az általa feltalált technikát akkoriban még „rapid prototyping”-nak nevezték. Pár évvel később jelent meg az ún. „sztereolithogáf eljárás”, mely Charles (Chuck) Hull nevéhez fűződik, és amely az egyik legelterjedtebb „AM” (additive manufacturing) eljárás. Itt a fényre keményedő, folyékony halmazállapotú polimer rétegekben kerül egymásra, a rétegeket külön-külön keményíti meg egy UV-fénysugár, keresztkötések kialakításával. Hull 1987-ben mutatta be első „SLA” gépét a nagyközönségnek, majd megalapította a világ első, 3D nyomtatással foglalkozó cégét, a 3D Systems Incorporated-et. A ’90-es évek közepére olyan eljárásokat hoztak létre, melyek képesek voltak egy adott fémtömbből valamilyen formát faragni, ugyanakkor ettől eltérő módszerek tárgyak létrehozására az ezredforulóig nem léteztek. A 3D nyomtatás fogalma mai jelentését már a 2000-es években kapta, addig ez a kifejezés leginkább csak a polimerekkel történő új tárgyak létrehozását jelentette.
Működési alapelve
- A 3D-s nyomtatók alkalmazását befolyásolja, hogy a nyomtatott terméknek milyen funkciót kell majd betöltenie, milyen anyagtulajdonságokkal kell rendelkeznie, illetve hogy az alkatrészt mekkora darabszámban kell gyártani. Gyakori elvárás a magas szakítószilárdságú anyag (polikarbonát, vagy valamilyen speciális tulajdonságú polimer) nyomtatása, de a széles anyagválasztéknak köszönhetően olyan speciális igények is kielégíthetők, mint például az átlátszóság vagy az elektrosztatikus feltöltődéstől való mentesség. Ma már olyan hőálló anyag is előállítható, amely nyílt láng hatására sem gyullad meg és nem bocsát ki mérgező gázt. A különböző tulajdonságú alapanyagok keverésével több, mint 1000 anyagtulajdonság érhető el. A mai modern technológiának köszönhetően akár 16–28 mikronos, nagyon vékony rétegek nyomtatása is lehetővé vált, akár 0,1 milliméteres pontossággal. A technológiák átjárhatóságának köszönhetően különböző alapanyagokból készült modellek is összeilleszthetők, és akár 500 darab alkatrészt is le lehet gyártani egy menetben a szerszámozás teljes mellőzésével.
Ezzel párhuzamosan fejlődik az ún. SLS technológia (szelektív lézeres szinterezés). Funkcionális alkatrészek poliamid-, vagy fémporból is előállíthatók szerszámok nélkül. Hőre lágyuló poliamid porból akár egyedi, személyre szabott tárgyak is készíthetők, aminek nagy szerepe lehet majd a versenysportban vagy épp a rehabilitációban.
3D nyomtatók gyógyászati felhasználása és típusai
Hattengelyű nyomtató (six-axis printer): A Louisville-i Egyetem, kardio-vaszkuláris kutatócsoportja használ nyomtatót, mely ahelyett, hogy a formát alulról-felfelé rétegenként építené fel, ahogyan azt a hagyományos 3D-s eljárásoknál megszokhattuk, a nyomtató képes különböző részeket előállítani minden irányból körüljárva a mintát. A nyomtató képest egy teljesen új külső réteget készíteni az addig elkészült minta felületére minden irányból. Ez az eljárás sokat segíthet a szövetekhez, szervekhez csatlakozó különböző erek kialakításához
Bioprinting jelentősége
Az egészségiparban a legsokrétűbb felhasználási alternatívát kínáló, ugyanakkor a hagyományos 3D nyomtatásnál jóval bonyolultabb módszer a Bio-nyomtatás (Bioprinting). Az eljárás lehetőséget kínál ún. Bioanyagok (Biomaterials) nyomtatására az egyszerű szövetektől a bonyolultabb szervekig (lágy szövetek, csontok stb).
A különböző csontpótlásoktól, kezdve fémből és különböző polimerek felhasználásával készült a sebészeti kiegészítő eszközön át, az élő sejtek felhasználásával nyomtatott humán szövetekig láthatunk kísérletek, melyek alkalmazhatósága nagyon gyorsan fejlődik.
Ahelyett, hogy bonyolult számítástechnikai algoritmusok segítségével tervezzenek szövet modelleket, a kutatók CT és MRI felvételeket használhatnak a nyomtatás tervezésekor. Sok esetben ezek a nyomtatott szervek nem funkcionálisan értékesek, hanem például egy bonyolultabb műtétet megelőzően a képalkotó eljárások segítségével előállított modellt a sebész csoport előre tanulmányozhatja, jóval a beavatkozás előtt. Sok weblap nyújt összefoglalót ezeknek a képalkotó eljárások által szolgáltatott képi információ (Instructables) 3D printelésben történő felhasználására.
Alkalmazási területei az állatorvostudományon belül
Csontreplikációk készítése
Bioprinting esettanulmány
Egyéb Szövetek és szervek nyomtatása
Szívbillentyűk
Szintetikus bőr
Gyógyszerfejlesztés
Protézisek gyártása
Testreszabott szenzorok