FREEDEE BLOG

Még áprilisban tartották meg az idei (eddig összesen a harmadik) Nemzetközi PEEK Találkozót. A washingtoni rendezvényen a különleges polimerrel kapcsolatos fontos orvosi és fogorvosi projekteket ismertettek. Kimutatták, hogy a nyomtatható anyag különösen implantátumoknál hasznos.

De mi is az a PEEK?

Név szerint poliéter-éter-keton, innen ered a rövidítés is. A Wikipédia szócikke szerint „a nagy teljesítményű anyagok (HPM) csoportjába sorolható, részben kristályos szerkezetű, kiváló hőállóságú műanyag. Sokoldalúan feldolgozható, extrudálható, fröccsönthető”, azaz 3D nyomtatással és hagyományos gyártóeljárásokkal egyaránt hasznosítható.

Szintén fontos, hogy mechanikai tulajdonságai az üvegesedési hőmérséklet, 143 Celsius-fok eléréséig alig változnak, és csak felette kezdenek romlani, de ezzel együtt 250-360 fokig tűrhetőek. Legfontosabb tulajdonságai: nagy szilárdság és keménység, kiváló vegyi és hidrolízis ellenálló-képesség, remek kopásállóság, nagy méretstabilitás és merevség magas hőmérsékleten, jó villamos-szigetelő, öregedésállóság stb.

A PEEK már kezdi éreztetni hatását a 3D nyomtatóiparra, eddig műholdak és autóalkatrészek printeléséhez használták, és elvileg nagyon sok területen, köztük bioaktív kompozitokhoz, fogorvosi, atroszkópos stb. beültetésekhez is alkalmazható. Az anyagban rejlő potenciálnak csak kis részét aknázták ki, és a rendezvényen egybegyűlt kutatók egyöntetűen kiemelték, mennyire fontos lehet a 3D nyomtatás gyógyászati hasznosításában.

„Számos kutatásból és klinikai kísérletből kiderült, hogy a PEEK polimeralapú beültetések a beteg előnyére válnak. Additív technológiákat ugyan nem régóta használnak a medicinában, véleményünk szerint azonban drasztikusan megváltoztathatják az implantátumgyártás gyorsaságát, pontosságát, és könnyebb is lesz velük” – nyilatkozta a rendezvényt szervező Steve Kurtz (Drexel Egyetem, Philadelphia).

A PEEK 3D nyomtatásának értelemszerűen az implantátumok személyre szabhatósága az egyik nagy előnye. A beteg digitális modellje alapján pontos beültetések készíthetők.

A német Apium Additive Technologies máris speciális PEEK-kompatibilis FDM 3D nyomtatót fejlesztett. A Drexel Egyetemen ezzel a géppel printeltek deréktáji csigolyákhoz implantokat. Természetesen mások is készíthetők vele, és a kutatók alaposan ki is vizsgálták a fogakkal, térddel, gerinccel stb. kapcsolatos lehetőségeket.

Az anyag mindegyik esetben működik, sőt, ha PEEK kompozitokat használnak, a beültetések még erősebbek. A kompozitok, például a szénszállal megerősített PEEK különösen törések kezelésénél lehet hasznos.

Az ismert vállalatvezetési konzultációs cég, a McKinsey & Company az építőipar – digitális – jövőjéről készített tanulmányában más technológiák mellet a 3D nyomtatás is fontos szerepet játszik.

A 3D nyomtatást eddig is használták a területen, teljes potenciálját viszont még távolról sem aknázták ki, sőt, inkább csak kísérletezésekről, kuriózumszámba menő, egyes esetekben a Guinness Rekordok Könyvébe kerülést (gyorsaság, épület vagy a printer mérete stb.), prioritásként kezelő projektekről, és nem a technológia általános építőipari elterjedéséről beszélhetünk. A közeljövőben viszont pont erre számíthatunk, és a 3DP egyik legnagyobb léptékű alkalmazása ezen a területen várható, a McKinsey szerint az építőipar digitális holnapjának egyik kulcstényezője lesz. A 3D nyomtatás egyelőre még nem kész nagyszabású építési projektekre, de ez hamar megváltozik.

Ezt a holnapot öt trend határozza meg: HD tervrajzok és geolokáció, következőgenerációs 5D épületinformáció-modellezés (BIM), digitális együttműködés és mobilitás, „dolgok internete” (IoT) és fejlett analitika, jövőbiztos tervezés és építkezés. A 3DP az utolsó trend része, a McKinsey egyrészt új építőanyagokban, például önjavító betonban, aerogélekben (a legalacsonyabb sűrűségű szilárd anyagokban), nanomatériákban, másrészt innovatív megközelítésekben, mint a 3DP-ben és előre összeszerelt modulokban látja a megvalósulást. Elterjedésükkel csökkennek a költségek, felgyorsul a munka, javul a minőség és a biztonság, tehát mindenki jól jár velük.

A 3D nyomtatást almodulok létrehozásához, betonszerkezetek összeszerelés előtti kiegészítéséhez, belső munkákra használhatják. Előzetes összeszerelésen azt értik, hogy a modulokat nem a helyszínen rakják egybe. E tevékenységekből természetesen robotok és robotikus rendszerek is kiveszik a részüket. A munka nagy részét gépek fogják végezni, repetitív és változatosnak egyáltalán nem nevezhető tevékenységekben (csempézés, téglarakás, hegesztés, bontás, beton újrahasznosítása stb.) helyettesítik az embert. Mindehhez persze maga a tervezés is megváltozik.

Itt jön képbe az izgalmasan hangzó 5D épületinformáció-modellezés, ami egy kicsit csalóka – és fellengzős – elnevezés, mert a három dimenzió, a térbeli paraméterek mellett az ütemtervet és a költségeket (tehát nem térbeli pluszdimenziókat) is figyelembe veszik a CAD-tervezésnél. Az építőipari cégeknek szoftverszinten kell egyetlen rendszerbe integrálni a 3D modellező, költségvetés- és ütemtervező megoldásokat. Így kétségtelenül pontosabban előrelátják az egész folyamatot, hatékonyabban és korábban azonosítják a kockázatokat, végeredményben pedig jobb döntéseket hoznak.

A 3D fémnyomtatás gyors terjedésével, a 3DP szaporodó ipari hasznosulásaival egyértelművé vált, hogy a medicina és az autógyártás mellett a repülőgép-ipar a technológia egyik kitüntetett alkalmazási területe.

A két vetélytárs repülőgépgyártó, az Airbus és a Boeing is egyre gyakrabban fordul a 3D nyomtatáshoz, komoly potenciált lát a Boeing Satellite Systemsnél már gyártási szabvány technológiában. A 3D megoldásokat műholdak tervezésénél és gyártásánál is használják, és ezen a területen szintén komoly a rivalizálás a két óriáscég között.

Elsősorban azokat a részeket nyomtatják, amelyek létrehozására a hagyományos technológiák nem alkalmasak. A Boeing májusban fellőtt SES-15 műholdján például ötvennél több alkatrész készült 3D nyomtatással.

Az Airbus Defence and Space részlege az űrbeli kommunikáció nagyon fontos technológiájának számító rádiófrekvencia-hullámvezető szűrők prototípusát gyártotta le 3D fémnyomtatással. A fémből készült szűrőkkel csatornázzák be az óhajtott és szűrik ki a nem kívánt frekvenciákat. Összetett belső szerkezetük biztosítja, hogy speciális frekvenciákkal is funkcionálnak és bonyolult jeleket is feldolgoznak. Általában többszázat használnak, hogy a telekommunikációs műholdak rendeltetésüknek megfelelően működjenek.

A kulcsfontosságú szűrőkkel azonban akad egy probléma: a gyártási eljárások távolról sem tökéletesek, a hullámvezetőket két részben készítik el, amelyeket egyberaknak. A bajok forrása, hogy a köztük lévő rés viszont csökkentheti a teljesítményt.

Szerencsére most már több rész és összeszerelés nélkül is van megoldás, mégpedig az ezen a területen eddig alig alkalmazott 3D fémnyomtatás. Azaz az Airbus mérnökeinek kísérletezni kell, mert lényegében ismeretlen terepre kalandoztak. Pontosan emiatt gondolkodnak – az Európai Űrügynökség (ESA) eddigi eredményeire támaszkodó, azokat továbbfejlesztő – nagyon alapos projektben. A fejlesztéssel jobb teljesítményű, olcsóbb és kisebb tömegű szűrőket akarnak alkotni.

A mérnökök nem győzik hangsúlyozni, hogy a 3DP-vel több a tervezői szabadság és kevesebb a megszorítás, tehát kreatívabb a hagyományos megoldásoknál. Az Airbus a 3D Systems egyik gépén dolgozott, és számos iteráció után alakult ki az ideális modell.

A szűrőket szigorú előzetes teszteknek vetették alá, és kiderült, hogy a közvetlen fémnyomtatás a legjobb technika hozzájuk. A szerelés és az utómunkálatok sokkal kevesebb ideig tartanak, amivel nemcsak időt, hanem pénzt is megspórolnak. Ráadásul a szűrők felülete – „mikroszkopikus topológiájuk” – is jobbra sikerült, mintha hagyományos eljárást alkalmaztak volna.

Nem lehet eleget hangsúlyozni a 3D nyomtatás oktatásbeli szerepét, hogy a jövő generációi minél fiatalabban megismerjék a technológiát és printerekkel készítsenek tárgyakat. Magyarországon a FreeDee Printing Solutions az ezirányú törekvések élharcosa, a cél pedig, hogy minden oktatási intézményben legyen 3D printer.

Technológia és kreativitás az iskolában is kéz a kézben jár: az ezredforduló után felpörögtek az események, viszont az okostelefon, a passzív internetezés és a közösségi média túlzott használata új kihívásokkal, a diákokban szunnyadó aktivitás felélesztésével is jár, amelyre a 3D nyomtatás az egyik ideális megoldás.

Szerencsére egyre többen el- és felismerik a 3DP-ben rejlő oktatási potenciált, és mind gyakrabban hallunk ilyen kezdeményezésekről. Ezek egyike a 2008-ban alapított új-zélandi MindKits – az Ultimaker gépek helyi forgalmazója – online shop és szolgáltatások mellett egy ideje főként az oktatásra összpontosít.

Az alapító Tim Carr abból indult ki, hogy az országban kevés oldal foglalkozik robotikával, az infokommunikáció fizikai oldalával. Idővel nemcsak robotcsomagokat, szenzorokat és Arduinokat értékesítettek, hanem a MindKits körül alkotói közösség is kialakult. A 3D nyomtatás berobbanása óta bővült a repertoár, és a maker-tevékenység mellett egyre hangsúlyosabb lett az oktatás.

Mai oktatótevékenységük a 3DP workshopok köré összpontosul. Gyerekeknek és fiataloknak tanítják meg a technológia alapjait. Fay Cobbett, a cég másik vezetője elismeri a korlátokat – a 3DP-t csak gépekkel felszerelt iskolákban tudják oktatni, szegényebb környékeken sajnos nincs lehetőségük rá.

Ebből a szempontból nagyon jól jött nekik, hogy a Mercedes-Benz Ausztráliában tavaly meghirdette a „Hack My Van” (Hackeld meg a kamionomat) versenyt, az idei kiírás győztesének pedig új Vito kamiont ajánlott fel. A jelentkezőknek el kellett magyarázni, hogyan használnák a járművet, milyen új elemekkel bővítené tevékenységüket. Egyesek gyerekeket szórakoztató csendes diszkóként, mások egészségügyi eszközök, gyógyszerek stb. szállítására, virtuálisvalóság-túrákra stb. képzelték el. A MindKits mobil iskolai workshop ötletét vázolta fel, amellyel meg is nyerte a 2017-es kiírást.

A 3D printerekkel és szkennerekkel felszerelt kamionnal immáron az ország bármely pontján megismertethetik és tovább demokratizálhatják a technológiát. Jelenleg a kamiont dolgozzák át, hogy a céloknak megfelelően lehessen használni.

Bizakodnak, hogy naponta 140 gyerek vesz részt a mobil 3DP osztályokon. Az országjárást Új-Zélandon kezdik és terveik szerint Ausztráliában folytatják.

A globális felmelegedés egyik közismert katasztrofális következménye a vízalatti ökoszisztémák, például a korallzátonyok és különleges élőviláguk gyors pusztulása. Sok korall (a csalánozók törzsébe tartozó pici gerinctelen tengeri élőlény) elfehéredik, elhalványodik. Ez a jelenség akkor következik be, amikor a zátonyszimbiózist, az ott együtt élő organizmusokat megzavarja a vízhőmérséklet emelkedése, és például a virágállatokhoz tartozó korallpolipok kivetik a rendszer egészséges egyensúlyát fenntartó algákat.

A kelet-, északkelet-ausztrál partokhoz közeli, viharok, környezetszennyezés és főként a tüskés tengeri csillagok korallfaló „koronája” által pusztított Nagy Korallzátonyt is komoly veszély fenyegeti. Olyannyira, hogy a zátony fele elfehéredik.

Kutatók a legkülönfélébb módszerekkel próbálják megmenteni a korallokat.

A melbourne-i Zátonytervezés Lab és James Gardiner, Sydney-illetőségű építész például a 3D nyomtatáshoz fordult: homokkőből printelt korallszerkezetekkel igyekeznek segíteni, amelyeket Bahrainben és Monacóban már használták is, és az első kísérleteket siker koronázta. A nyomatokat – sorozatnyi olcsó zátonyegységet, „építőkockákat” – a cég szerint „a világ legnagyobb” 3D printerén készítették el.

Más módszerrel, de Jessica Gregory, 23 éves walesi természetbarát szintén 3D nyomtatással igyekszik segíteni a korallokon. Az Imperial College London és a Royal College of Art hallgatója a legendás Jacques Cousteau kapitány legidősebb unokájával, az óceánvédő Fabien Cousteauval dolgozik együtt a Coralise projekten, amellyel a korallok bő 90 százalékát érintő fiatalkori halált igyekeznek megakadályozni. Vázuk utánzatait printelik, és bizakodnak, hogy a fiatal virágállatok jobban növekednek az őket fejlődés közben óvó nyomatok (utánzatok) mellett. Ezek az utánzatok hivatottak ugyanis beindítani a „gyerekkorallok” növekedését és szaporodását.

Az eddigi tapasztalatok – a bevezető tesztek – alapján a technika működik.

„A korall komplex és törékeny organizmus. Az emberiség és a bolygó számára egyaránt fontos, mert a korallzátonyok a világ legváltozatosabb ökoszisztémái. Az emberi tényező, például a környezetszennyezés, a klímaváltozás és a hordalék-lerakódás miatt a következő 30 évben a mai korallzátonyok 30 százaléka eltűnhet” – nyilatkozta a természet és a művészetek iránt egyaránt érdeklődő, a projektben a kettő szintézisét látó Gregory.

Módszerüket hamarosan egy karibi koralldarab nyomtatására használják, Cousteau dokumentumfilmet is készít majd róla.

A Massachusetts állambeli, Boston két világhírű felsőoktatási intézményéről, az MIT-ról és a Harvardról ismert elővárosában, Cambridge-ben működő, innovatív gépeivel és eljárásaival méltán a szakmai köztudatba robbant Markforged az utóbbi években a 3D nyomtatás, a technológia ipari szintű térhódításának egyik élharcosává vált.

A céget és alapító-igazgatóját, Greg Markot a 3D nyomtatótechnológia leegyszerűsítése vezérli: megoldásaikkal lehetővé akarják tenni, hogy mérnökök és gyártók hetek vagy hónapok helyett egyetlen vagy egy-két nap alatt hozzanak létre erős és jól működő alkatrészeket, nyomatokat, drasztikusan lerövidítenék a terv és a végtermék közti időt, felszámolnák a közben felmerülő akadályokat. Mindezzel nemcsak idő, hanem pénz is megtakarítható, hatékonyabb lesz a 3D nyomtatás. Elképzeléseik a szűkebb értelemben vett 3DP és a köréje kiépülő iparág mellett a hagyományosabb gyártást is forradalmasítják.

E koncepciót szemlélteti a számítógépipar szerverfarmjaihoz hasonló párhuzamosított nyomtatófarm ötlete is. Lényege, hogy egyetlen szupergép helyett desktop-méretű gépekből állítanak össze printerfarmot. Kompozitanyagokkal és fémekkel dolgozó gépeik bővítik a 3D nyomtatás ipari alkalmazásainak körét. Az egyetlen 3DP platform, amely szénszáltól a fémekig erős alkatrészek teljes skálájának printelésére képes, és mindezt számításifelhő-alapú megoldásokkal kombinálják össze. Különleges anyaguk a nejlonnal dúsított fémszál, a rendkívül masszív Onyx.

Jó hír, hogy a FreeDee Printing Solutions jóvoltából a Markforged gépek megérkeztek Magyarországra is. A múlt héten bejelentett két új gép, az X3 és X5, valamint az eddig Mark X néven ismert, a cég „zászlóshajójának” számító „folyamatos szénszálas” (Continuous Carbon Fiber, CCF) X7 modellekkel alumíniumrészek sokkal erősebb és olcsóbb szénszálas részekkel helyettesíthetők. Az X7 ipari platformmal 23-szor erősebb részek nyomtathatók, mint ABS anyagokkal. A gép beépített pontosságmérő szenzorrendszere megbízható minőségellenőrzést garantál, ráadásul az egyetlen 1 millió dollár alatti nyomtató, amely képes erre. A Markforged program keretében lehetővé teszi azt is, hogy kezdeti X3-unkról jutányos áron váltsunk X5-re vagy X7-re. Mivel az összes Markforged printer ugyanazt a felhőalapú program-ökoszisztémát használja, szoftveres oldalról gördülékenyen megy az átállás.

„A 3D nyomtatás felhasználói 30 éven keresztül az erősség, idő és megfizethető ár közötti kompromisszum elfogadására voltak kényszerítve. A teljes Ipari Sorozattal és az új Metal X printerrel ezek a kompromisszumok nem léteznek többé. A fogyasztók most már könnyedén megtehetik, hogy egy napon belül nyomtassanak megfizethető áron speciális szükségleteiknek megfelelő optimalizált erősségű részeket” – nyilatkozta Greg Mark.

A Gartner 2017-es, „feltörekvő” technológiákat górcső alá vevő előrejelzésében, a Hype Cycle-ban a következő öt-tíz év techarculatát formáló három megatrendet azonosított: mesterséges intelligencia mindenhol, átláthatóan immerzív élmények, köztük a 4D nyomtatás és a digitális platformok.

A Stratasys 2017 második negyedévére vonatkozó pénzügyi jelentéséből megtudjuk, hogy a cég számára vegyes, de bíztató évkezdés után, több mint ezer egységet adtak el a februárban debütált F123 3D nyomtatószériából. A flamand Materialise második negyedéves beszámolója pedig a növekedés mellett a 3DP ipari alkalmazásai számára egy másik bíztató tényre, a nyomtatott késztermékek iránti egyre nagyobb keresletre is felhívja a figyelmet.

Az új-zélandi Otago Egyetem (Christchurch) kutatói vizsgálják, hogy hogyan dolgozhatók ki 3D bionyomtatással új és hatékonyabb módszerek a mellrák kezelésére.

Az információbiztonság a mai IT egyik „legforróbb” területe. A hackelés már rég nemcsak a jelszavainkat és pénzügyi információkat fenyegető, hanem (például a dolgok internete térhódításával) sokkal több területet érintő és egyre elterjedtebb veszélyforrás. 3D nyomtatásra szánt fájlok is megtámadhatók és úgy módosíthatók, hogy észre sem vesszük a változásokat. A Rutgers Egyetem (New Brunswick) és a Georgia Technológiai Intézet kutatói három módszert dolgoztak ki a 3DP területén történő hackelés megakadályozására.

Az összes többi csúcstechnológiához hasonlóan, a 3D nyomtatást is előszeretettel használják katonai célokra. Printeltek már önjavító szállítójármű-, rakétakilövő-alkatrészeket, most pedig az amerikai haditengerészet hordozható gyártólabort (X-FAB) tesztel. Az alkatrészek helyszíni cseréjét, helyettesítését célzó labor négy 3D nyomtatóból, egy szkennerből és CAD szoftverből áll.

A Nemzetközi Űrállomás (ISS) Additív Gyártólétesítménye (AMF) mögött álló cég, a NASA Johnson Űrközpontjával együttműködő Made in Space bejelentette, hogy befejezte a nyomtatott sugárzásmérő monitor (REM) védőlap harmadik és egyben utolsó fázisát. Több REM-sorozatot készítettek, mindegyik a sugárzást méri az ISS egy éve keringő bővíthető BEAM modulján. A nyomtatott REM védőlapok kétéves teszt részei, azt vizsgálják, hogy a modul alkalmas-e a világűrbeli sugárzástól megvédeni embereket.

Holland kutatók az épületeket egyszerre szigetelő és a meleget megtartó új rendszert fejlesztettek. A Spong3D komplex nyomtatott lyukacsos szerkezet szigetelő pórusokat és hőtároló folyadék áramlását biztosító csatornákat is tartalmaz, azaz igyekszik optimalizálni az épület termikus teljesítményét.

A Nintendo Switch márciusi megjelenése óta sok kritikát kapott. A több-képernyős konzolt összességében pozitívan fogadták, viszont (a kontent mellett) a bal kontrollerrel több probléma merült fel. Julio Vazquez, mexikói mérnök e probléma megoldására nyomtatott kiegészítőivel a gamerek fél kézzel egyszerre játszhatnak mindkét kontrollerrel. Az egyik adapter egymás mellé, a másik a helyes szögekbe helyezi a kontrollereket.

3D nyomtatás és szkennelés segítségével a canberrai Ausztrál Nemzeti Egyetem kutatói kapcsolatot fedeztek fel egy 400 millió éves halkövület és a modern ember között. Az állat nyomtatott állkapcsa alapján vonták le a humán evolúciós folyamatra vonatkozó ismereteinket érdekes adalékkal kiegészítő következtetést.

Az elmúlt években a biomérnökök figyelemreméltó eredményeket értek el két látszatra távoli tudományos-technológiai terület, őssejtkutatás és 3D nyomtatás közös nevezőre hozásával, a technológia tudományos célokra történő alkalmazásával.

Meglepően hangzik, csakhogy a „klasszikusan” értelmezett 3DP-hez lazán kapcsolódó bioprinting egyre dinamikusabban fejlődik, a sikerek és részsikerek sokakat inspirálnak, és jóstehetség nélkül elmondható, hogy az orvostudomány jövőjét jelentősen befolyásoló – hatásában talán csak a nanotechnológiához hasonlítható – óriási potenciál van benne.

Egymástól messzi területek összekombinálása pedig szintén fontos 21. századi trend, például ki gondolta volna akárcsak 25 éve, hogy mesterségesintelligencia-kutatás és művészetek egybekapcsolhatók, és számítógépes kreativitás címkével új – nemcsak elméleti, hanem a mindennapi alkotótevékenységben hasznosítható – praktikus diszciplína születik?

Visszatérve a medicinára, 3D nyomtatótechnológia segítségével hoztak már létre mesterséges bőrt, májszövetet stb. Legutoljára a madridi Spanyol Biomedikális Kutatóintézet (La Paz Kórház) egyik csoportja jelentette be, hogy a szaruhártyát helyettesítő nyomatokat terveznek. A minden bizonnyal sok beteg életére pozitív hatású fejlesztésükre – adott személyekre méretezett nyomtatott szaruhártyákra – öt évet jósolnak. Az intézet ezirányú tevékenysége az MIT-n kidolgozott Idea2 Global program része.

„A szaruhártya (cornea) a szemgolyó külső védőburkolatának az elülső, áttetsző része. Görbületének mértéke egyénenként és az életkorral változik. Fontos szerepe van a szembe belépő fény törésében, amely nagyjából az ideghártyára vetül úgy, hogy a szemlencsének csak a finom beállítást kell elvégeznie. A felnőtteknél nincs benne vérér, ami megmagyarázza, hogy a szaruhártya miért mentesül a kilökődési reakció alól átültetésnél. Az oxigént közvetlenül a levegőből nyeri” – áll a Wikipédiában.

Évente több mint 10 millió személy vakul meg különféle szaruhártya-megbetegedések miatt, de azért is, mert az átültetést nehéz megszervezni, sokat kell várni a donorra. Viszont, ha laboratóriumi körülmények között elő lehet állítani szaruhártyát, rögtön változik a helyzet, a betegnek nem kell többé várni, hogy találjanak egy donort.

A madridi kutatócsoport különféle opciókat tanulmányoz. Az alapfolyamat az emberi szaruhártyát utánzó kollagén polimeres sejten kívüli mátrixának szintézise. Az őssejteket ebbe a mátrixba nyomtatják. Fontos, hogy a szaruhártyát gyártják és nem növesztik. A nyomtatórendszer már kész, jelenleg a kollagén mátrixhoz keresik a legjobb nanotechnológiás megoldást.

A szaruhártya-helyettesítéshez szükséges őssejteket a beteg zsírszövetéből szedik ki, azaz biológiailag megegyeznek a szemben található szövettel. Ez pedig annyit jelent, hogy sok szintetikus átültetéssel ellentétben, a szem nem fogja kilökni az új szaruhártyát.

A kutatók szerint az egyes páciensek őssejtjeinek jellemzése az egyik legproblémásabb rész. Az MIT és a Harvard szakértőivel közösen dolgoznak a megoldáson.

Amikor a 3DP történetének eddigi legnagyobb felvásárlása után a GE többségi tulajdonos lett az Arcamban és a Concept Laserben, az akvizícióval a világ 3D fémnyomtatásának is az egyik vezetőerejévé vált. A Concept Laser neve mindent elárul, lézeres olvasztással működő fémprintereik a legjobbak közé tartoznak.

A GE Global Research az elmúlt években sok innovatív projekten dolgozott: új szabványok 3D nyomtatófájlokhoz, 10 ezer otthont árammal ellátó miniturbina, különleges anyagok használata repülőgép-alkatrészekhez stb.

A projekt léptékétől függően, a gyártófolyamat órákig, sőt, napokig eltarthat. Ha pedig lézerrel olvasztjuk a fémport komplex alkatrészekhez, különösen sok időre készüljünk fel. Ezt a problémát akarja a Concept Laser szakismereteit is hasznosítva megoldani a GE.

Az additív gyártótechnológiai kutatásokat vezető Waseem Faidi a GE japán (Niskayuna), new yorki és müncheni laborjaiban dolgozó tudósok multidiszciplináris munkáját közös nevezőre hozva akarja felgyorsítani a fémprintereket, és jobban kihozni a technológiában lévő potenciált. Például sugárhajtóműveken, szél-, gőz- és gázturbinákon keresztül tanulmányoznak légmozgásokat, és dolgoznak ki egyedi geometriájú részeket, a légmozgás irányát megfordító aktuátorokat stb.

Ma a lézeres 3D nyomtatást nagyobb teljesítményű lézer használatával a legegyszerűbb felgyorsítani. Természetesen ez a módszer sem annyira egyszerű, gondoljunk csak a világtól elzárt munkaterület hőfokára, gázokra, gázok keveredésére, külső hatások kizárására. A rendszer működtetője szimpla kapcsolgatással nem növelheti a lézer intenzitását.

Ilyen problémáknál hasznos nagyon a multidiszciplináris megközelítés, hogy például a légmozgásokat tanulmányozó csoport szakértelmével eredményesen besegíthet a lézeres fémpor-olvasztás optimalizálásába.

Fémnyomtatókkal kapcsolatban a gázáramlások kontrollálásának kérdése merül fel, hogy hogyan növelhető így a lézerek mai teljesítőképessége, mennyire méretezhetők azok.

Faidi és munkatársai ezen töprengenek, és ehhez kell a Concept Laser gyakorlata vagy az amerikai Nemzeti Feltalálók Dicsőségcsarnokába 2017-ben beválasztott Marshall Jones ipari lézerekkel kapcsolatos szakértelme.

A GE nincs egyedül a lézeres 3D nyomtatást feljavító törekvéseivel. Például az észak-angol Sheffield Egyetemen szintén gyorsabb és költséghatékonyabb lézeres fémnyomtató eljárásokon dolgoznak.

A 3D nyomtatás orvosi alkalmazásainak egyik dinamikusan fejlődő területe a művi beültetések, implantátumok világa. A leggyakoribbak a műkezek és műkarok, készítenek műlábakat is, és már a szervezetbe is juttatnak a technológiával létrehozott beültetéseket.

Összességében is az egyik legfontosabb 3DP alkalmazás a csontok vagy porcok helyettesítése. Amennyiben sikeres, sokat javíthat betegek életminőségén. A folyamatosan fejlődő 3D nyomtatással és az egyre olcsóbb anyagokkal nő az esély rá, és ha a tendencia folytatódik, a jelenlegi technológiák közül a 3DP lesz a legalkalmasabb csontbeültetésekre.

Az utóbbi években helyettesítettek már sípcsontot, mellcsontot és idén tavasszal egy 53 éves rákos brit beteg állkapcsát is printelt implantátummal, nála a teljes állkapcsot kellett eltávolítani, az egész implantátum a férfi saját lábcsontjából készült.       

Kínában egy 28 éves rákbetegségben, a nyakcsigolyában ritka – egyébként gyakori – kondroszarkomában szenvedő nőn végrehajtott műtét során nyakcsigolyájában 14 centis nyomtatott titánimplantot helyeztek el egy sanghaji kórház orvosai. Hét rákos csontot kellett eltávolítani és printelt utánzattal helyettesíteni. Csigolyát helyettesítettek már korábban is 3D nyomattal, de ekkora méretben még soha, így a sebészeknek ismeretlen területen kellett bizonyítaniuk. A műtét sikerült, a beteg lábadozik, tud járni, a fejét azonban nehezen mozgatja.

Csonthelyettesítő nyomatokkal máshol is kísérleteznek, és egy dán kutatócsoport először érte el, hogy a befogadó test „elhitte”, hogy a beültetett csont a sajátja. Az üreges csontot egy egér koponyájába ültették be, és sikerrel jártak: a szövetek lehetővé tették a növekedést, nem lökték ki, sőt, csontvelő is formálódott!

A bíztató eredmények ellenére a technológiának még sokat kell fejlődnie ezen a területen, több problémára kell megoldást találni. Nagyon bonyolult szerkezet, gyerekek csontjai drasztikusan és kiszámíthatatlanul megváltoznak stb. De az implantok még felnőtteknél sem fejlődnek mindig, és nem állnak egybe a csontszövetekkel. Ha pedig a szervezet kilöki őket, veszélyes fertőzéseket okozhatnak. Az eddigi legtöbb nyomtatott implantátumhoz fémet, műanyagot vagy valamilyen kompozitanyagot használtak, amelyeket a test általában idegen matériaként kezel.

Ezért fontos és úttörő a Dél-Dániai Egyetem kutatása. Fém és műanyag helyett az eredetihez nagyon hasonló, lényegében kerámiaféle csontanyaggal (zsírral kevert kalciumfoszfát-porral) dolgoztak. Erősnek is kellett lennie, hogy nyomtatni tudják.

Egér után sertés lesz a következő tesztalany, és utána következhet az ember. A mesterséges csont összes elemét korábban már emberi testre alkalmazhatónak minősítették. Annyira bíznak benne, hogy az Odensei Egyetemi Kórház több sebésze arra kérte műtét előtt álló betegeit, hogy halasszák el, és várják meg a klinikai tesztek eredményeit – és az új anyagból készülő implantokat.