3D отпечатване с отворен код: проучване на научни и медицински решения

3D печатането не е нещо ново, за което да чувате. Това е много популярна индустрия в момента, която започна в началото на 80-те години. Но колко различно е отпечатването с отворен код на 3D от собственически проекти? Как това се отразява на неговите приложения в науката и медицината? Нека четем нататък.

Какво е 3D печат?

Също като конвенционален компютърен принтер се използва за печат в 2D на хартия, работата на 3D принтера е да създаде действителни триизмерни обекти, втвърдени от цифров 3D файл, подпомаган от компютър, разбира се. Те използват различни процеси чрез добавяне на материали по слой в повечето методи.

Материалите могат да бъдат в течна или прахообразна форма, предназначени да се разтопят заедно, за да служат като входен материал за 3D принтера, подобно на мастилените 2D принтери, които изискват касети с мастило. Създадените обекти могат да бъдат с почти всяка геометрична форма.

По-индустриален термин за 3D печат е добавъчното производство.

Защо 3D отпечатването е толкова полезно?

3D Printing има неограничени приложения, поради които е толкова популярен. Нека накратко разгледаме някои от тези приложения, въпреки че основният ни акцент ще бъде върху Приложни науки и медицински приложения.

1. Бързо прототипиране

В 3D печат, Rapid Prototyping е процес, при който по-малки части от по-голямо устройство могат бързо да бъдат произведени за повишена производителност, с помощта на 3D CAD. Това е чудесен начин да тествате използваемостта на прототипи за индустриалните стандарти, откъдето идва терминът.

2. Превозни средства

Има голямо разнообразие от 3D печатни производствени процеси за авиацията, автомобилостроенето, космическата индустрия, корабостроенето и др.

3. Околна среда

3D печатни коралови структури сега се разработват, за да спасят нашите умиращи коралови рифове.

4. Строителство

Сега могат да бъдат създадени части от цели сгради с 3D печат, които могат да бъдат повторно сглобени по-късно за изграждане на различни архитектури. Сега можете да 3D печатате къщата си в рамките на един ден!

5. Стоматология

Знаете ли, че дори зъбите могат да бъдат 3D отпечатани? Помислете колко точно могат да бъдат проектирани да заменят или поправят зъбите!

6. Притурки и инструменти

Можете дори да 3D печатате собствени персонализирани приспособления и инструменти за лична употреба!

7. Органи

Да, това е вярно, изследванията на 3D печата вече са постигнали толкова голям напредък, че сега е възможно да се пресъздадат човешки органи, готови за трансплантация на пациенти, които или имат чернодробни, бъбречни, сърдечни, белодробни или други жизнено важни органи, които са повредени отвъд "поправка".

Сега, след като видяхме някои от различните приложения, нека разгледаме сега кой от следните два подхода е по-подходящ за тях:

Собствен (закрит източник) 3D печат

Собственият 3D печат, както подсказва фразата, използва собственически софтуер, който не позволява достъп до изходния код за развитие в общността. Всички промени, направени на хардуера, също ще анулират гаранцията, ако имате собственост на 3D принтер. Ако трябва да промените начина, по който работи принтерът, за да го персонализирате за вашите специфични изисквания, ви е забранено да правите редица такива проблеми.

Ако такива правила се следват за всяко от приложенията за 3D печат, които обсъждахме в горния раздел, става наистина трудно да се съсредоточите върху действителните цели на проекта.

Собственият 3D печат може да бъде наистина скъп, не само по отношение на пари, но и ако се вземе предвид времето, което също е много ценно, за да се вземе предвид при работа по проект за 3D печат.

3D печат с отворен код

Отпечатването с отворен код 3D елиминира всички проблеми, които току-що обсъдихме в частта за собственост. Той не само намалява разходите, но и улеснява иновациите за решаване на проблеми, възникнали по време на 3D производството.

Очевидно е, че фразата „Отпечатване с отворен код 3D” също набира популярност, както е видно от простото търсене онлайн.

Сега потребителите вече могат напълно да отидат с отворен код, което ще позволи значително намаляване на времето за производство и производствените разходи!

Примери за приложни науки и медицински решения Постигнати с 3D отпечатване с отворен код

Мислехме за това коя от тези много приложения е най-важна за радикално подобряване и поддържане на качеството на нашия живот и на нашата планета, и затова решихме конкретно да проучим Научните и медицински решения, за да направим точно това.

Така че в този краен и най-важен раздел нека да изберем свързани приложения, които току-що обсъдихме и да разгледаме подробно някои от примерите, в които смятаме, че подходът с отворен код е най-необходим:

1. Запазване на нашите коралови рифове

3D печатни коралови рифове, разработени от лабораторията за дизайн на Reef

Кораловите рифове са изключително важна част от биологичното разнообразие на нашата планета и умират.

3D отпечатаните коралови рифове сега са много обещаваща инициатива за възстановяването им. Reef Design Lab наскоро направи възможно поддържането на кораловия живот. Дизайнът на 3D моделите, включени в проекта, ще бъде направен с отворен код, така че изследователите, които искат да допринесат в същия, могат активно да участват.

2. Подмяна на зъбите

3D отпечатани зъби? Да, това е категорична възможност днес! Има и интересно подобрение в дизайна: Тези зъби са конструирани с антибактериален материал! Това прави възможно убиването на бактериите, отговорни за кариеса на зъбите при контакт с храната, която дъвчете!

3. Биопринтиране

3D Bioprinter е устройство, което изисква "био-мастило" да се използва като материал за 3D печат биоинженерни тъкани.

Следващият кратък видеоклип описва процеса на Bioprinting на човешкото ухо. Обърнете внимание как те не използват пластмаса или гума, а жива тъкан като биоматериал!

Отворена инициатива за биопринтиране

Тъй като научихме, че тъканното инженерство е силно задвижвано от технологията за 3D печат, трябва да вземем под внимание, че всеки пациент е различен и е необходимо за отворена платформа, която позволява персонализирано производство за създаване на тъкани и органи.

Отворена система, която позволява такъв персонализиран печат на биоматериали, които са разнообразни по характер, ще направи много по-лесно провеждането на изследвания в тъканното инженерство.

Отворената инициатива за биопринтиране е стъпка, която се занимава със същата основна цел. Свързаният документ не е отворен достъп. Но за образователни цели, тя е била предоставена на техните GitHub хранилища, наречени Papers .

Документът показва как многоканалната 3D Bioprinting система с отворен код е важна както от гледна точка на хардуер и софтуер. Той също така споменава ефективността на разходите, тъй като системата е проектирана и интегрирана с подход с отворен код за намиране на оптимални условия за 3D биопринтиране.

Търсенето на напълно функционално биопринтирано сърце!

Всички знаем колко важно е сърцето за нашето здраве. Медицинска технологична компания Biolife4D наскоро демонстрира способността си да 3D Bioprint човешка сърдечна тъкан! Това е забележително постижение!

Те използват живи клетки за биопринтиране на биологични структури. Собствените бели кръвни клетки на пациента бяха препрограмирани за създаване на плурипотентни стволови клетки и сърдечни клетки, при което процесът отнема няколко дни за пълно поколение под формата на сърдечен пластир.

В момента техните изследвания включват разработването на отделни части като сърдечни клапи и кръвоносни съдове за сърцето. Крайната им цел в момента е да създадат напълно функционално биопринтирано сърце.

Потърсихме онлайн за техните хранилища с отворен код, но не можахме да намерим такива. Надяваме се, че в бъдеще ще направят част от изследванията си с отворен код, така че повече академици и изследователи да могат да допринесат съвместно за разработването на напълно функционално 3D Bioprinted Heart. Подобно действие би окуражило в значителна степен инициативи като Open Bioprinting .

Приложна нанотехнология за трансплантация на органи

„Полето на тъканното инженерство напредва стабилно, отчасти поради напредъка в технологията за бързо прототипиране. Дори с увеличаване на фокуса, успешното комплексно възстановяване на тъканите на васкуларизираната кост, хрущяла и остеохондралния интерфейс остава до голяма степен илюзорно. Този преглед разглежда настоящите триизмерни техники на отпечатване и тяхното приложение за костна, хрущялна и остеохондрална регенерация. Важността и ползата за интеграцията на наноматериалите също са подчертани с последните публикувани примери. Обсъждат се успехите и предизвикателствата на ранните етапи от последните проучвания, с перспектива за бъдещи изследвания в свързаните области. “

Nowicki, M., Castro, NJ, Rao, R., Plesniak, M., & Zhang, LG (2017). Интегриране на триизмерен печат и нанотехнология за мускулно-скелетна регенерация. Нанотехнология, 28 (38), 382001. doi: 10.1088 / 1361-6528 / aa8351

В предишната ни статия от Open Science обсъдихме подробно нанотехнологията и темата с отворен код, като споменем тази статия в неговото резюме. Нанотехнологиите и 3D печатането споделят силна корелация.

Обсъдихме материали, които се използват за създаване на 3D обекти чрез принтерите. Тези материали могат да бъдат проектирани и на наномащаба.

Тъй като материалите са проектирани от наномащаба отдолу нагоре, позволявайки три изключително необходими нива на прецизност, т.е. нано-микро-макро, сега е възможно да се запазят свойства като максимална сила с минимално тегло. Това означава, че сега можем да регулираме еластичността, силата или твърдостта на такива 3D печатани обекти с висока точност.

Такава изключително висока точност е от изключителна важност при разработването на 3D печатните човешки органи, които в момента могат действително да позволят да се спасят безброй животи. Тъканното инженерство ще бъде значително подобрено и по този начин ще насърчи ефективното производство на 3D печатни кости, хрущяли или остеохондрални тъкани.

Това не е всичко, тъй като вече видяхме как други важни органи са още по-значими.

4. Откриване на наркотици

"Настоящите постижения включват многофункционални системи за доставяне на лекарства с ускорени характеристики, регулируеми и персонализирани лекарствени форми, импланти и фантоми, съответстващи на специфичната анатомия на пациента, както и на клетъчни материали за регенеративна медицина."

Jamróz, W., Szafraniec, J., Kurek, M., & Jachowicz, R. (2018). 3D печат в фармацевтичните и медицински приложения - последните постижения и предизвикателства. Pharmaceutical Research, 35 (9). Doi: 10.1007 / s11095-018-2454-х

По-рано обсъждахме защо Open Source Pharma се нарича Linux за наркотици. 3D печатането засилва тази инициатива, защото позволява по-голяма гъвкавост, спестяване на време и производствена медицина с изключителна прецизност. Такъв метод за откриване на лекарства използва основния метод на 3D печат на слоево-слоево CAD, за да формулира лекарствени материали с правилната доза.

FDA одобри първото 3D принтирано лекарство преди няколко години. Разработката на 3D печатни медикаменти отговаря на предизвикателствата на конвенционалните производствени техники във фармацевтичните единици. По-голямото предимство се състои в далеч по-добрата способност за създаване на качествени лекарства по отношение на натоварване на лекарството, освобождаване на лекарство, стабилност на лекарството и стабилност на фармацевтичните лекарствени форми, както е описано в тази книга с отворен достъп в много подробности.

резюме

Така в тази обширна статия, която обхваща 3D печат, започнахме с кратко представяне на концепцията, последвана от разбирането на нейната значимост с различни примери за приложения.

Освен това, ние разграничихме между собствените и отворените 3D модели на печат, за да разберем предимствата на последните.

И накрая, ние се съсредоточихме върху научните и медицински решения за биоотпечатване с отворен код, като проучихме инициативи за спасяване на нашите корали, заместване на зъбите с антибактериални способности, Bioprinting с акцент върху отворения биопринтинг и приложна нанотехнология за трансплантация на органи. В нашия финален подраздел също подчертахме ролята на 3D печат в откриването на лекарства.

Това са само някои от многото приложения на 3D печат. Ние вярваме, че е необходимо производителите на собственост да мигрират към бизнес моделите с отворен код, които биха насърчили по-добра приложимост за нашата планета.

Какви са вижданията ви? Смятате ли, че трябва да се положат повече усилия в Open Bioprinting и други приложения за 3D печат? Били ли сте някога се занимавали с 3D печат? Моля, споделете вашите мисли с нас в коментарите по-долу.

Препоръчано

Пълно ръководство за трикратно зареждане на Windows, Kubuntu и Debian
2019
GNOME 3.26 Издаден! Проверете новите функции
2019
3D отпечатване с отворен код: проучване на научни и медицински решения
2019