Nowa metoda druku 3D struktur imitujących tkanki biologiczne

Rozwiązania z pogranicza medycyny i innowacyjnych technologii zyskują coraz większą popularność. Naukowcy z Uniwersytetu Kolorado Denver i Południowochińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii opracowali sposób drukowania 3D w technologii DLP struktur imitujących tkanki biologiczne.

Nowatorski materiał to żywica z elastomeru ciekłokrystalicznego (LCE), która w konsystencji przypomina miód. Materiał jest wykorzystywany do druku w technologii DLP i pozwala na wytwarzanie porowatych, ażurowych geometrii. Kratowa struktura wydruku w swojej budowie przypomina tkankę chrzęstną i posiada właściwości amortyzujące, co daje wiele możliwości zastosowania w sprzęcie chirurgicznym i ochronnym. 

Żywica z ciekłokrystalicznego elastomeru to materiał o budowie anizotropowej, który łączy cechy ciekłych kryształów z elastycznością usieciowanego polimeru. LCE posiada zdolność rozpraszania energii i wykazuje wysoką elastyczność. Dzięki możliwościom technologii addytywnych, można adaptować geometrię wydruku, zapewniając kontrolę nad właściwościami mechanicznymi materiału.

Tworzenie produktów z LCE było do tej pory trudne. Dotychczasowe techniki pozwalały na wykonywanie dużych wyrobów z małą dokładnością lub mikroskopijne elementy z dużą precyzją.  Używając technologii drukowania 3D Digital Light Processing (DLP), naukowcy stworzyli relatywnie duże struktury, w porównaniu z dotychczas dostępnymi wyrobami ze światłoutwardzalnej żywicy elastomerowej. Nowy materiał pozwala wytworzyć elementy w wysokiej rozdzielczości, które można z powodzeniem wykorzystać do różnorodnych zastosowań

Zespół wydrukował kilka struktur, w tym drobny i szczegółowy model kwiatu lotosu oraz prototyp usztywnienia do kręgosłupa, tworząc największy model LCE o tak wysokiej precyzji. Próba ściskania tego modelu ujawniła, że LCE ma 27-krotnie wyższe rozproszenie energii w zależności od naprężenia. Jest to wynik znacznie wyższy niż w przypadku żywicy TangoBlack firmy Stratasys, czy neoprenu, który jest powszechnie używanym materiałem amortyzującym. Co więcej, materiał daje możliwość tworzenia wydruków na zwykłych drukarkach DLP i SLA.

Projekt jest wspierany przez U.S. Army Research Laboratory i US Army Research Office, nagrodę NSF CAREER Award oraz program badań i rozwoju kierowanego przez laboratorium w Sandia National Laboratories, dla amerykańskiego Departamentu Bezpieczeństwa Narodowego ds. Bezpieczeństwa Jądrowego.

Źródło: 3dprintingindustry.com