Przemysł, astronautyka i medycyny: do czego służy druk 3D?

Drukarki 3D nie mają już miejsca na biurku entuzjastów technologii. Druk trójwymiarowy przeniknął również do przemysłu, medycyny i stał się biznesem z miliardami obrotów. Do czego służą drukarki 3D? Między innymi przywracają zdrowie chorym, sprawiają, że produkcja jest szybsza i tańsza - i będą odgrywać istotną rolę w zaludnianiu Księżyca i Marsa.

W jednym z poprzednich artykułów szczegółowo opisaliśmy, jak działa drukarka 3D, dlatego tylko dla przypomnienia: druk 3D jest metodą, w której obiekt cyfrowy (uzyskany na przykład przez skanowanie 3D) jest warstwowany poprzez stopniowe nakładanie materiału - najczęściej stopionego plastiku - na obiekt fizyczny.

Można drukować zarówno zaawansowane obiekty o rozdzielczości nanometrycznej, jak i gigantyczne produkty o wielkości do 10 metrów. Oprócz domowego druku dla rozrywki, drukarki 3D są już używane w przemyśle, gdzie (jako tzw. produkcja przyrostowa) połączyły się przy obróbce skrawaniem, toczeniu i innych procesach produkcyjnych.

Do czego służy drukarka 3D?

Przemysł: druk prototypów i części zamiennych

Druk 3D jest popularnym narzędziem, szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym, gdzie skraca czas między zaprojektowaniem, a wyprodukowaniem prototypu. Ponadto drukarki 3D produkują pomoce montażowe (np. uchwyty), matryce lub zapasowe części metalowe do urządzeń produkcyjnych.

Serwisanci nie muszą wtedy czekać na części zamienne przez kilka tygodni, a jedynie kilka godzin - aż część zostanie wydrukowana. Drukowanie z metalu (tytanu, aluminium, stali i innych) działa na zasadzie spiekania laserowego proszku metalowego. Obejrzyj wideo:

Znany jest również druk z ceramiki. Służy na przykład do produkcji elementów ogniotrwałych do pieców lub do produkcji komponentów do systemów wysokiego napięcia. Względną innowacją jest drukowanie lekkich, stałych części z włókna węglowego.

Drukarki 3D jako prekursor ludzkiej wiedzy

Do czego jeszcze służy drukarka 3D? Oprócz drukowania elementów układów paliwowych i innych elementów lotniczych uwaga naukowców i inżynierów skupia się na możliwym zastosowaniu druku 3D w budowie stałych osad na Księżycu i Marsie.

Technologia drukowania z materiałów budowlanych (mieszanka betonu, piasku i włókna szklanego) została przetestowana i chociaż nie została jeszcze wprowadzona do praktyki budowlanej, pokazuje możliwy sposób przyszłego osiadania ciał w Układzie Słonecznym.

Druk 3D kompleksów mieszkalnych znacznie zmniejszyłby kolonizację Marsa i Księżyca. Wystarczyłoby przewieźć i przetransportować tylko kluczowe elementy budowlane - resztę wyprodukowałby system drukarek z lokalnych surowców wprost na terenie przyszłej kolonii. Księżyc oferuje użycie skały zwanej regolitem; w przypadku Marsa można zastosować wszechobecny piasek.

Drukarki 3D w kosmosie nie są nowe. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) eksperymentuje z drukiem trójwymiarowym od kilku lat.

Sposób drukowanie zastępczych organów ludzkich

Druk 3D zyskał najwięcej uwagi w dziedzinie medycyny. Jest już używany do drukowania modeli narządów przed skomplikowanymi zabiegami chirurgicznymi. Fizyczny model nerki lub wątroby pomaga chirurgom wybrać właściwe cięcie i procedurę przy operacji, a do pewnego stopnia wypróbować sobie operację "na brudno". Lekarze uzyskują dane o kształcie narządów za pomocą tomografii i innych metod skanowania.

Drukarki 3D są powszechnie używane do produkcji protez stawowych lub koron i implantów zębowych. Na etapie badania są eksperymenty z drukowanymi prostymi tkankami, w których roztwór z komórkami jest używany jako „tusz”. Naukowcom udało się już wydrukować zmniejszony model ludzkiego serca:

Częścią wydrukowanego serca jest układ naczyniowy oraz para przedsionków i komór

Drukowanie narządów przyniosłoby rewolucję tak jak wprowadzenie antybiotyków. Rzeczywiście, układ odpornościowy biorcy reaguje negatywnie na przeszczepione narządy od żywych lub martwych dawców - gdyby układ odpornościowy nie został stłumiony przez leki, ciało stopniowo zniszczyłoby przeszczepiony narząd. Jednak taka reakcja nie występuje w narządach drukowanych z własnych komórek pacjenta.