Biodruk i jego zastosowanie
Philip Ezze / Wikimedia

Biodruk i jego zastosowanie

  • Dodał: Jakub Nogieć
  • Data publikacji: 10.01.2021, 16:00

Stale rozszerzane biblioteki gotowych do druku modeli, szeroki wybór filamentów i malejące ceny drukarek zapewniły wytwarzaniu addytywnemu wielu entuzjastów. Technologie przyrostowe w ostatnich latach zyskują na popularności, a swoją własną drukarkę 3D może mieć na swojej półce dosłownie każdy. Metod druku jest wiele - najpopularniejsza FDM wykorzystuje topienie tworzywa, precyzyjna SLA utwardza żywicę wiązką lasera, a wydruki z metalu umożliwia DMLS. Szczególnym przypadkiem jest Biodruk, za pomocą którego możliwe jest wytwarzanie ludzkich organów.

 

Druk 3D to nic innego jak proces wytwarzania fizycznych, trójwymiarowych obiektów z wcześniej spreparowanego kodu maszynowego. Wybrany model cyfrowy (np. model CAD) eksportowany jest w postaci pliku o rozszerzeniu *.STL do specjalnego programu (tzw. slicera), gdzie następuje przygotowanie go do wydruku. 

 

W zależności od wybranej metody należy określić takie parametry jak: prędkość druku, żądane wypełnienie, temperaturę ekstrudera czy ilość i grubość podpór, jakie są potrzebne, by wydrukować wymagające elementy, takie jak otwory. Najistotniejszym krokiem jest “pocięcie” modelu na warstwy, dzięki czemu drukarka w wygenerowanym G-Code będzie miała dokładne instrukcje co do trajektorii głowicy i/lub stołu roboczego, które są wymagane do poprawnego powstania drukowanego obiektu.

 

Drukarka 3D, FDM - Prusa i3 [Wikimedia / John Abella]

 

W praktyce oznacza to, że model przestrzenny powstaje warstwa po warstwie. Na przykładzie najbardziej rozpowszechnionej techniki druku 3D, tj. FDM (ang. Fused Deposition Modeling) - stół roboczy (5) porusza się wyłącznie w osi Z (góra/dół). Na początku wydruku następuje kalibracja i czyszczenie - rozgrzana głowica (3) poruszająca się w płaszczyźnie XY pozbywa się na rogu stołu roboczego (5) pozostałości filamentu. Następnie rozpoczyna się nakładanie pierwszej warstwy poprzez wypychanie przez głowicę (2) termoplastycznego materiału (1) na pole robocze (5). Po każdej kolejnej iteracji (warstwie) stół obniża się w osi Z, aby móc zrobić miejsce powstałej już części drukowanego obiektu. Po wykonaniu od kilkudziesięciu do kilkuset warstw (dla mniejszych modeli) wydruk (4) jest gotowy - możliwe jest jego odklejenie od stołu roboczego (5) i poddanie go dalszej obróbce (np. acetonowanie celem wygładzenia powierzchni, usunięcie podpór).

 

Uproszczony schemat drukarki 3D (FDM) [Wikimedia/Kholoudabdolqader]

 

Biodruk to metoda, która powstając czerpała z druku atramentowego. Zamiast tonerów z tuszem wykorzystywane są specjalne materiały biologiczne, a w rolę kartki wcielają się biokompatybilne żele. Na przygotowany “szkielet” będący podłożem biologicznym nakładany jest biomateriał. W zależności od stosowanej technologii, komórki mogą być nakładane pojedynczo lub w agregatach (przygotowanych w czasie inkubacji). Kolejne warstwy układane są w tej samej sekwencji w wyniku czego powstaje trójwymiarowa biokonstrukcja. Utrzymując i monitorując optymalne warunki procesu, naniesione tkanki zaczynają się ze sobą łączyć, a żelowe warstwy rozdzielające zanikają. Po pełnym zrośnięciu powstała w wyniku biodruku tkanka jest gotowa do wykorzystania.

 

Biodrukarka rosyjskiej firmy 3D Bioprinting Solutions [Wikimedia/Андрей Ильин]

 

Biodruk znalazł szerokie zastosowanie w medycynie jak i w innych, momentami zaskakujących, branżach. W pełni funkcjonalne narządy, protezy czy implanty to tylko kilka przykładowych zastosowań, które w przyszłości mogą odmienić życie pacjentów. Powstają nawet drukowane tabletki czy też modele rzeczywistych narządów w celu ułatwienia, zaplanowania i wykonania trudnych zabiegów.

 

Branża kosmetyczna również rozpoczęła wykorzystywać biodruki. Od kilku lat kosmetyki firmy L’Oreal są testowane w laboratoriach na wydrukowanych modelach skórnych. Dzięki tej praktyce zamierza ona całkowicie wycofać się z testowania swoich produktów na zwierzętach.

 

Najbardziej szokuje pomysł wdrożenia drukowanego mięsa w branży gastronomicznej. Amerykańska sieć barów szybkiej obsługi Kentucky Fried Chicken (KFC) nawiązała współpracę z rosyjską firmą, która zajmuje się biodrukiem. Owocem tej współpracy ma być “mięso przyszłości”, które smakiem - wedle zapewnień - ma nie odbiegać od znanych nam kurczaków, ze względu na wykorzystywanie w procesie druku komórek tego zwierzęcia.

źródła: centrumdruku3d.pl, biotechnologia.pl
Jakub Nogieć – Poinformowani.pl

Jakub Nogieć

Inżynier z zamiłowania i zawodu. Interesuję się robotyką, symulacjami i nowymi technologiami. Wyczynowe pływanie to moja pasja.