Вокруг света с 3Dtoday: брожение 3D-печатными реакторами, EBM против DMLS и 3D-печать марсианских колоний

В этом выпуске мы расскажем об удивительно простом, но эффективном дрожжевом 3D-печатном биореакторе для пищевой и фармацевтической промышленности, сравнительных испытаниях титановых эндопротезов, изготовленных с использованием разных аддитивных технологий, и результатах очередного этапа конкурса NASA «3D-Printed Habitat Challenge».

Брожение 3D-печатными реакторами

Группа химиков Вашингтонского университета под руководством доцента Альшакима Нельсона сделали немного неожиданное, но весьма удачное открытие – новую методику брожения с использованием 3D-печатных биореакторов. Эксперимент начался с создания реактора из специального гидрогеля с достаточно вязкой консистенцией для печати методом робокастинга. Гидрогель насыщен дрожжами, а готовый биореактор объемом всего в один кубический сантиметр имеет решетчатую структуру для максимального поверхностного контакта с жидкостями. Затем биореактор был помещен в раствор глюкозы. По мере пропитки раствором биореактор, а точнее содержащиеся в его структуре дрожжи, принялись вырабатывать алкоголь. Здесь все понятно, но интересно другое: опытный реактор работает уже четыре месяца без остановки, а исследователям приходится лишь периодически обновлять раствор. Важно это потому, что в обычных условиях брожение, будь то пивоварение или производство антибиотиков или инсулина, представляет собой достаточно грязный процесс. Культура быстро плодится, а потому готовый продукт приходится подвергать охлаждению или пастеризации, затем удалять погибший грибок, вычищать емкости и начинать процесс заново. В нашем же случае дрожжи упрятаны внутри биореактора, где продолжают делать свою работу, не размножаясь и не отмирая. Почему происходит именно так, ученые пока и сами не могут объяснить. Потенциал же огромен. 3D-печатные гидрогелевые биореакторы могут найти применение в пищевой и фармацевтической промышленности. В следующих экспериментах Нельсон и его команда намереваются масштабировать опытные реакторы и заняться производством более сложных молекул, чем этанол – например, сложных белков. Увеличение размера молекул потребует создания новых, менее плотных гидрогелей с достаточной пропускной способностью. В быту такие реакторы могут прийтись по душе любителям крепких напитков: бросил недорогой кубик в емкость с соком, подождал пару дней, получил плодовое вино.

EBM против DMLS

Исследователи из Северной Каролины провели сравнительный анализ металлических имплантатов, изготовленных с помощью двух наиболее популярных в функциональном эндопротезировании методов 3D-печати. Самое большое распространение получают технологии прямого селективного лазерного спекания металлов (DMLS) и электронно- лучевого наплавления (EBM). Обе технологии используют мелкодисперсные порошки, выпекая модели слой за слоем с помощью лазеров, либо электронных пучков. Первая технология позволяет достигать несколько более высокого разрешения, а вторая отличается повышенной скоростью печати и плотностью изделий. Главное отличие, заинтересовавшее исследователей, заключается в зернистости имплантатов – детали, печатаемые на EMB-принтерах, отличаются высокой зернистостью из-за относительно высокого размера пятна электронного пучка, тогда как DMLS позволяет создавать и крупнозернистые, и мелкозернистые имплантаты.Зернистость важна с позиций прочности и остеоинтеграции. В экспериментах использовался EBM-принтер Arcam A2 и DMLS-принтер EOS M290. Напечатанные титановые костные имплантаты вживлялись подопытным крысам, а наблюдение осуществлялось на протяжении четырех недель. Как показали эксперименты, крупнозернистые имплантаты обеспечили более высокий уровень остеоинтеграции, то есть сращивания с натуральными костными тканями. Для вывинчивания прижившихся эндопротезов, изготовленных на EBM-принтере, потребовалось на 85% большее усилие, чем при отделении крупнозернистых имплантатов по технологии DMLS. В свою очередь, крупнозернистые DMLS-имплантаты обошли мелкозернистые на 35%. Оптимальную шершавость поверхностей еще предстоит установить. Стоит иметь в виду, что более высокое разрешение DMLS позволяет создавать грубоватые поверхности, аналогичные EBM, хотя по прочности спекаемые имплантаты все равно проигрывают. Доклад исследовательской команды опубликован по этой ссылке.

3D-печать марсианских колоний

Завершился очередной этап конкурса NASA «3D-Printed Habitat Challenge», направленного на разработку наиболее практичных технологий строительной 3D-печати для колонизации Марса. До полуфинала, состоящего из трех частей, добрались лишь 30 участников из 165. Первая часть, касавшаяся дизайна, завершилась в сентябре прошлого года, а теперь команды занимаются печатью опытных образцов. На втором этапе второй части полуфинального соревнования от участников потребовалось аддитивное производство несущих балок, изготовленных из смеси переработанных полимеров и условного марсианского грунта. Победители этапа поделили призовой фонд в $200 000. Первое место заняла южнокорейская команда Moon X Construction, однако согласно условиям конкурса иностранные команды не могут претендовать на денежные призы. Второе место заняла команда Form Forge из Орегона, получившая $67 465. Третье место было присуждено сборной команде Foster + Partners и Branch Technology с денежным призом в размере $63 783. Оставшиеся деньги поделили команда Университета Аляски в Фэрбенкс и команда CTL Group Mars из Иллинойса, занявшие четвертое и пятое место. Третий этап с призовым фондом в полтора миллиона долларов будет включать демонстрацию автоматических 3D-печатающих систем, способных самостоятельно возводить жилые модули. 24-27 августа участникам предстоит изготовить куполообразные структуры с последующими испытаниями на прочность.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.