Новий метод друку. У США створили реалістичну модель людської руки на дешевому 3D-принтері

Американські вчені розробили новий метод 3D-друку під назвою CRAFT (Crystallinity Regulation in Additive Fabrication of Thermoplastics), який дозволяє створювати об'ємні об'єкти з різними властивостями в межах одного матеріалу. Йдеться про зміну твердості, гнучкості та прозорості буквально на рівні окремих ділянок моделі.

Про це пише видання Interesting Engineering.

Над технологією працювали дослідники Техаського університету в Остіні разом із Sandia National Laboratories. Вони використали звичайний недорогий 3D-принтер і одну рідку сировину, з якої змогли надрукувати навіть реалістичну копію людської руки.

За словами доцента хімії Зака Пейджа, команда навчилася керувати молекулярною структурою матеріалу у тривимірному просторі, завдяки чому можна повністю змінювати його механічні й оптичні властивості. При цьому все працює на простій і дешевій основі, а потрібний результат досягається лише зміною інтенсивності світла.

CRAFT базується на поширеній рідкій смолі під назвою циклооктен. У звичайному стані це просто пластик. Але вчені з’ясували, що якщо під час друку точно регулювати яскравість світла за допомогою сірих зображень, можна контролювати «молекулярний порядок» матеріалу в момент його застигання.

Простіше кажучи, одна частина об'єкта може стати твердою й прозорою, а сусідня залишитися м’якою та каламутною, і все це в одній суцільній деталі без стиків і склеювання.

Одне з головних застосувань технології бачать у медицині. Сьогодні студенти, які вчаться робити складні операції, часто працюють із тілами померлих людей. Це дорого, складно з погляду логістики й має етичні обмеження. Пластикові манекени, своєю чергою, зовсім не схожі на живі тканини.

CRAFT дозволяє створювати моделі, де в одному об'єкті імітуються зв’язки між кістками, зв’язками та м’язами. Дослідники вже надрукували людську руку з одного матеріалу, точно налаштувавши різні ділянки так, щоб вони відтворювали текстуру шкіри, зв’язок, сухожиль і кісток.

Звичайні дорогі 3D-принтери часто мають проблему зі з'єднанням різних матеріалів, через що моделі ламаються у місцях переходів. CRAFT формує плавні переходи, подібні до справжніх тканин людини. У результаті студенти отримують міцні та реалістичні навчальні зразки без потреби працювати з біологічними матеріалами.

Окрім медицини, метод можна використовувати для створення «натхненних природою» матеріалів, які гасять удари й вібрації. Наприклад, для шоломів, броні або звукоізоляції. Як і в корі дерев, поєднання твердих і м’яких шарів допомагає поглинати енергію замість того, щоб тріскатися.

Технологія також виграє у попередніх підходів тим, що працює зі стандартними смолами та звичайним обладнанням. Хоча матеріал не є повністю перероблюваним, надруковані вироби можна розплавити або розчинити й сформувати заново, що зменшує кількість відходів.

Зак Пейдж зазначив, що 3D-принтери типу DLP або LCD, з якими сумісний CRAFT, є одними з найдешевших на ринку. За його словами, пристрій із можливістю проєкції відтінків сірого можна придбати за тисячу доларів або навіть дешевше й одразу почати друк.