کاربردهای فن آوری پرینت سه بعدی در برخی حوزه ها

فناوری پرینت سه بعدی در پزشکی

آزمایش واکسن‌های جدید بر روی اندام پرینت شده

محققان موسسه ویک فارست در کارولینای شمالی از پرینتر سه‌ بعدی برای تولید اندام مینیاتوری بر روی تراشه به‌ منظور آزمایش داروهای جدید استفاده می‌کنند.

پروژه “اندام روی تراشه” شامل استفاده از سلول‌های انسانی برای پرینت ساختارهای سه‌ بعدی با قابلیت عملکرد مشابه قلب، ریه یا رگ‌های خونی است؛ این اندام با قرار گرفتن بر روی ریز تراشه و اتصال به عروق خونی، امکان نظارت مستقیم بر شیوه‌های درمانی و آزمایش واکسن‌های جدید را در شرایط آزمایشگاهی فراهم می‌کنند.



تولید چشم مصنوعی

محققان دانشگاه متروپولیتن منچستر با استفاده از فناوری پرینت سه‌ بعدی موفق به تولید چشم مصنوعی شدند؛ با کمک این فناوری می‌توان در مدت یک ساعت، 150 چشم مصنوعی را با هزینه‌ای کمتر از روش دست‌ساز تولید کرد.

توسعه قلب پرینت شده

محققان موسسه نوآوری قلب و عروق در لوئیزویل در حال توسعه فناوری پرینت سه بعدی برای تولید یک قلب کامل هستند؛ در حال حاضر بخش‌های مختلف قلب با کمک این فناوری تولید شده‌اند، اما پیش‌بینی می‌شود که نخستین قلب پرینت شده در اندازه واقعی تا 10 سال آینده تولید و آماده پیوند شود.



شبیه‌سازی جراحی مغز بر روی مدل پرینت شده

محققان دانشگاه فلوریدا با استفاده از تصاویر سی‌تی‌اسکن و MRI بیماران، مدل‌های مغز پرینت سه‌ بعدی تولید کردند که امکان تمرین روشهای جراحی واقعی را برای رزیدنت‌های جراحی فراهم می‌کند.

با تهیه مدل پرینتر سه‌ بعدی از مغز و جمجمه هر بیمار و تمرین بر روی این مدل، درصد خطای احتمالی جراح حین عمل جراحی اصلی کاهش پیدا می‌کند.

تولید کوچکترین کبد پرینت شده

محققان شرکت Organovo در سان‌ دیگو موفق به چاپ سه‌ بعدی یک کبد آزمایشگاهی کوچک شدند که نوید بخش تولید یک کبد کامل قابل پیوند است.

برای ساخت کوچکترین کبد پرینت شده، یک پرینتر سه بعدی حدود 20 لایه از سلول‌های کبدی و ستاره‌ای را که دو سلول اصلی کبد هستند، تولید و بر روی یکدیگر قرار می‌دهد.

این کبد می‌تواند عملکردهای بافت از جمله تصفیه مواد مغذی، مواد سمی و داروها را تا 40 روز حفظ کند.



کلیه‌ مینیاتوری

محققان دانشگاه علوم و فناوری هواژونگ چین نمونه‌ های مینیاتوری کلیه را با استفاده از سلول های انسانی و عملکردی مشابه کلیه واقعی تولید کردند.

این فناوری شامل تولید کلیه و سایر نسخه‌های مینیاتوری اندام با استفاده از پرینتر سه‌ بعدی است؛ تولید نسخه بزرگتر کلیه چاپی می‌تواند جایگزین مناسبی برای بیماران دچار نارسایی کلیوی باشد.



غشاء چاپی جایگزین قالب گچ در شکستگی استخوان

محققان دانشگاه ویکتوریا با استفاده از پرینتر سه‌ بعدی، نوعی پوشش طراحی کردند که می‌تواند جایگزین قالب‌های گچی سنگین برای درمان شکستگی استخوان شود.

این غشای پرینت سه بعدی علاوه بر وزن سبک، شبیه یک جوراب توری، قابلیت تهویه هوا داشته و قابل شستشو است.



تولید گوش مصنوعی

محققان کالج پزشکی ویل کورنل نیویورک موفق به چاپ سه بعدی گوش مصنوعی در آزمایشگاه شدند که می‌تواند برای کودکان دچار ناهنجاری مادرزادی گوش و بیماران سرطانی مورد استفاده قرار بگیرد.

در این روش، یک تصویر سه‌ بعدی دیجیتال از گوش کودک تهیه و به چاپگر سه‌ بعدی برای تولید قالب گوش داده می‌شود؛ سپس ژل ساخته شده از سلول‌های زنده گوش گاو و کلاژن بداخل قالب تزریق می‌شوند.

در دستاورد مشابهی، محققان بیمارستان ماساچوست موفق به تولید یک گوش مصنوعی شبه واقعی با استفاده از پرینتر سه‌ بعدی و غضروف گوسفند شدند.

یک مدل سه‌ بعدی دیجیتالی از گوش برای اطمینان از درست بودن شکل و تناسب آن طراحی می شود؛ از روی این مدل یک قالب گوش ساخته می شود که با کلاژن گاوی پر شده و به پوست قابلیت ارتجاعی و استحکام می‌دهد.

سپس سلول‌ های غضروف گوش از گوسفندان جمع‌آوری شده و در آزمایشگاه زیر پوست موش‌ها کاشته و پس از سه ماه جایگزین کلاژن گاوی در قالب‌ها می‌شوند.



تراشه نای پرینت شده

پزشکان دانشگاه میشیگان برای نجات جان یک کودک خردسال مبتلا به بیماری تراکئو مالاسی – مشکلات تنفسی ناشی از غضروف ضعیف نای – از فناوری پرینت سه‌ بعدی برای ساخت یک تراشه سفارشی نای استفاده کردند.

برای ساخت آتل تراشه، تصویر دقیقی از نای با کمک سی‌تی‌اسکن تهیه شد و سپس با استفاده از مدل‌سازی رایانه‌ای، تراشه‌ای از جنس ماده پلی کاپرولاکتون متناسب با راه‌های هوایی کودک طراحی و توسط پرینتر سه‌ بعدی ساخته شد.



جمجمه چاپ سه‌ بعدی

کاشت جمجمه پرینت سه‌ بعدی می‌تواند برای بازسازی استخوان جمجمه بیماران مبتلا به سرطان یا افراد دچار آسیب مغزی در تصادفات رانندگی مورد استفاده قرار بگیرد.

محققان شرکت آمریکایی Oxford Performance Materials با تهیه مدل دیجیتالی از جمجمه یک بیمار و پرینت لایه به لایه این بخش حساس با کمک پرینتر سه‌ بعدی، آماده نخستین پیوند جمجمه چاپی می‌شوند.

روش دقیق پرینت سه‌ بعدی می‌تواند برای ساخت سطوح بسیار کوچک یا با جزئیات ظریف از جمله جایگزین سلولی و اتصال استخوان‌ها مورد استفاده قرار بگیرد.



فناوری پرینت سه‌ بعدی در صنایع هوا فضا

تولید قطعات فلزی چاپی

آژانس فضایی اروپا با معرفی پروژه AMAZE، فناوری پرینت سه‌ بعدی را وارد عصر فلز کرد؛ در این پروژه از فناوری پرینترهای سه‌ بعدی برای تولید قطعات فلزی هواپیما، فضاپیما، موتور جت و برنامه‌های کاربردی همجوشی هسته‌ای استفاده خواهد شد.

قطعات فلزی تولید شده با فناوری پرینت سه‌ بعدی قادر به تحمل حرارت تا 3500 درجه سانتیگراد خواهند بود که محدودیت‌های موجود در استفاده از قطعات پلاستیکی چاپی را از بین می‌برد.

پرینتر سه‌ بعدی در فضا

ناسا با هدف تسهیل دسترسی به قطعات جایگزین در ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) مراحل آزمایش مدل‌های مختلف پرینتر سه‌ بعدی را آغاز کرده است و نخستین چاپگر سه‌ بعدی برای استفاده در فضا با همکاری محققان شرکت Made in Space در ماه ژوئن 2014 توسط موشک فالکون شرکت اسپیس ایکس به فضا پرتاب خواهد شد.

این پرینتر در ابعاد یک دستگاه توستر کوچک با ساخت قطعات مورد نیاز فضانوردان در ایستگاه فضایی، نیاز به ارسال مستمر قطعات به فضا را برطرف می‌کند.

آزمایش اجزای موتور موشک پرینت شده

ناسا اجزای موتور موشک را که با کمک فناوری پرینت سه‌ بعدی تولید شده‌اند، با موفقیت مورد آزمایش قرار داد؛ این تجهیزات قادر به تحمل فشار 10 برابری در مقایسه با نمونه‌های قبلی هستند.

پرینتر سه‌ بعدی پیتزا برای ساکنان مریخ

فرستادن محموله غذایی به فضا بخصوص در سفر به سیارک‌های دور دست یا تأمین مواد غذایی ساکنان مستعمره مریخی بسیار پر هزینه است.

به همین دلیل ناسا کمک مالی 125 هزار دلاری برای توسعه پروژه چاپگر سه‌ بعدی پیتزا اختصاص داده است؛ عملکرد این پرینتر با استفاده از نرم‌افزار منوی غذا قابل کنترل است و دستگاه می‌تواند براساس درخواست، پیتزای سفارشی تولید کند.

فناوری پرینت سه‌ بعدی در صنایع مختلف

ساختمان‌ سازی با استخوان‌ مصنوعی پرینت شده

محققان موسسه تکنولوژی ماساچوست (MIT) با الهام از استخوان انسان، کامپوزیتی با فناوری بالا طراحی کرده‌اند که در مدت چند ساعت با کمک چاپگر سه‌ بعدی تولید می‌شود؛ ماده جدید از دوام، تراکم کم و ترکیبات سازگار با محیط زیست برخوردار است.

فرآیند پرینت سه‌ بعدی متا موادهای فوق‌قوی، مقرون به صرفه‌تر از روش‌های سنتی ساخت هستند و این مواد در آینده می‌توانند برای ساختمان‌سازی مورد استفاده قرار بگیرند.

کفش پرینت شده

با توسعه فناوری پرینت سه‌ بعدی، افراد می‌توانند بر اساس سلیقه و نیاز خود اقدام به طراحی و تولید کفش کنند.

کفش ورزشی Designed To Win نمونه اولیه تولید شده با پرینتر سه‌ بعدی است و برای طراحی این کفش، پای ورزشکار اسکن شده و از روی این الگو، کفش اختصاصی ساخته می‌شود.

شرکت Shapeways نیز در حوزه طراحی کفش‌های پرینت سه‌ بعدی فعالیت می‌کند؛ این شرکت با طراحی و قرار دادن الگوی رایگان چند مدل کفش زنانه در اینترنت، امکان تولید سفارشی کفش را فراهم کرده است.


نخستین تفنگ پلاستیکی پرینت شده

یک محقق کانادایی در مدت سه روز با استفاده از پرینتر سه‌ بعدی صنعتی موفق به ساخت نخستین تفنگ پلاستیکی کالیبر 22 شد؛ این تفنگ پس از شلیک موفق اولین گلوله،‌ بلافاصله شکسته و دو تکه شد.


حشرات پرینت شده غول‌پیکر 50 برابر نمونه واقعی

محققان استرالیایی نخستین حشرات سه‌ بعدی غول‌ پیکر را با استفاده از پرینتر سه‌ بعدی تولید کردند که اندازه‌ای 50 برابر نمونه‌ واقعی داشته و امکان بررسی این موجودات را که به سختی با چشم غیرمسلح قابل مشاهده هستند، فراهم می‌کند.

در حال حاضر حشرات با جزئیات ابتدایی پرینت می‌شوند و محققان امیدوارند در آینده با توسعه پرینترهای سه‌ بعدی پیشرفته، آناتومی حشرات را با ریزترین جزئیات بازسازی کنند.


تبدیل رویاها به اشیاء واقعی

محققان در شیلی با استفاده از هدست خوانشگر امواج مغزی، امکان تبدیل ایده‌های ذهنی به اشیاء واقعی را با کمک پرینتر سه‌ بعدی فراهم کردند.

پیام‌های مغزی توسط هدست EPOC دریافت شده و با استفاده از یک برنامه رایانه‌ای، شکل مورد نظر که تصویری از ایده ذهنی کاربر است، بر روی صفحه نمایش ظاهر و توسط پرینتر سه‌ بعدی ساخته می‌شود.

ساخت دو قلوی سه‌ بعدی افراد

شرکت انگلیسی Cadvanture از فناوری اسکن و پرینت سه‌ بعدی برای تولید نمونه کوچک افراد با ریزترین جزئیات استفاده کرده است.

برای داشتن یک نمونه کوچک از فرد، تصویر افراد توسط 50 دوربین ثبت می‌شود؛ سپس نمونه‌های چاپی از هر فرد توسط یک پرینتر تمام رنگی سه‌بعدی پیشرفته با دارا بودن 390 هزار الگوی رنگ در سه اندازه از 15 تا 25 سانتیمتر چاپ می‌شود.