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.

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

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.

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

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.

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

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.

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

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.

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

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.

KazakhRussianUkrainian