3D-принтер с морозилкой: американские ученые научились печатать льдом

Разработка ученых Университета Карнеги-Меллона позволяет выращивать деликатные миниатюрные ледяные структуры, а затем создавать с их помощью сложные микрожидкостные системы в робототехнике и тканевой инженерии.

Два основных направления, на которые ориентируются авторы этого проекта — мягкая робототехника и выращивание искусственных органов. И то, и другое требует реализации сложных микрожидкоcтных систем: роботам нужны комплексные гидравлические или пневматические приводы, интегрированные прямо в хваты, а органам — разветвленные сосудистые системы. В принципе, те же мягкие хваты можно печатать с внутренними каналами, но это довольно сложно при использовании эластичных материалов, особенно в высоком разрешении и в микроскопических масштабах. В тканевой инженерии свои проблемы: до созревания клеточная масса с трудом держит форму, так что если речь идет о полноценных искусственных органах или хотя бы сложных тканях, нужно как-то формировать сосуды временным, жертвенным биосовместимым материалом, да так, чтобы при удалении он не повредил окружающие клетки. Решение — замороженный монооксид дигидрогена.

Аддитивную систему за авторством недавно ушедшего из жизни профессора машиностроения и информатики Ли Вайса приспособили для 3D-печати ледяных конструкций. 3D-принтер использует струйную головку, а наносимые микроскопические капельки воды диаметром всего пятьдесят микрометров моментально застывают на медной платформе, охлажденной до -35°С. Чтобы на платформе не образовывался иней, перед началом 3D-печати рабочую камеру из листового акрила прокачивают сухим азотом в течение как минимум пятнадцати минут.

Частоту нанесения удалось подобрать так, чтобы капли образовывали гладкие поверхности. Ученые сумели вырастить различные образцы в миниатюрных масштабах — спираль, древообразный имитатор сосудистой системы и миниатюрную осьминожку высотой всего около полутора миллиметров.

Следующий этап — получение опытных полимерных изделий с внутренними каналами. Для этого 3D-печатные ледяные образцы с помощью специального манипулятора погружали в фотополимерную смолу, а фотополимер засвечивали, медленно наращивая интенсивность облучения, так как фотополимеризация — это экзотермический процесс. Затем лед вытапливали или выпаривали. Возможность сублимации льда особенно полезна, когда речь идет об удалении таких структур из особо деликатных изделий, например тех же живых тканей.

Авторы исследования констатируют, что перед клиническим применением технологии потребуется еще немало испытаний, а вот в мягкой робототехнике она может найти применение уже в ближайшее время. С докладом научной команды можно ознакомиться по этой ссылке.

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.