Машина, которая может делать копии практически всего, кажется научной фантастикой, но эта технология активно используется уже сегодня, превращая плоды научной фантастики в реальность. 3D-печать уже используется в строительстве, ювелирном деле, производстве слуховых аппаратов, имплантатов органов и даже деталей для NASA. С каждым годом технология становится всё более доступной для широкого потребления. Сегодня каждый пятый может буквально превратить свой гараж в небольшую фабрику 3D-печати.
3D-печать – это процесс цифрового изготовления 3D объектов любой формы и размера посредством аддитивных процессов, в которых последовательные слои материала укладываются в автоматизированном режиме, подконтрольном компьютерному управлению.
Трехмерная (3D) печать – это производственный метод, при котором объекты изготавливаются путем слияния или осаждения таких материалов, как пластик, металл, керамика, порошки, жидкости или даже живые клетки в слои для создания 3D объекта. Этот процесс также называют аддитивным производством (AM), быстрым прототипированием (RP) или технологией твердотельной свободной формы (SFF).
Существует около двадцати различных процессов 3D-печати, в которых используются различные технологии печати, скорость и разрешение, а также сотни разновидностей типовых материалов.
В настоящее время быстрое прототипирование имеет широкий спектр применения в различных областях человеческой деятельности, особенно в медицине и здравоохранении. Например, для оказания помощи врачам в подготовке материалов для предоперационного планирования в некоторых особых и критических случаях, когда необходимы глубокие знания о повреждении внутреннего органа.
3D-печать в здравоохранении в основном используется для трех целей:
- клинического применения;
- образовательных целей;
- исследовательских целей.
3D-печать является инновационным и многообещающим способом обучения молодых врачей трехмерному представлению о различных внутренних органах. Она дает реалистичное и ясное представление не только о морфологическом облике внутреннего органа, но и о его функциональности.
При базовой настройке 3D-принтер сначала следует инструкциям в стереолитографическом файле для создания фундамента объекта, перемещая печатающую головку вдоль плоскости X. Затем принтер продолжает следовать инструкциям, перемещая печатающую головку вдоль оси Z, чтобы построить объект по вертикали послойно.
Важно отметить, что двумерные (2D) рентгенографические изображения, такие как рентгеновские снимки, магнитно-резонансные снимки (МРТ) или компьютерная томография (КТ), могут быть преобразованы в файлы цифровой 3D-печати, что позволяет создавать сложные, специализированные анатомические и медицинские структуры.
Этот процесс является воспроизводимым, точным и экономичным для небольшого серийного производства, позволяя надежно изготавливать детали по индивидуальным заказам.
На сегодняшний день существует несколько технологических разновидностей 3D-печати: моделирование плавящегося осаждения, стереолитография, селективное лазерное спекание, электронно-лучевое плавление.
В медицине 3D-печать используется в таких направлениях, как тканевая инженерия, протезирование конечностей, анатомическое моделирование, специализированная имплантация, а так же прочих направлениях.
Тканевая инженерия
Тканевая инженерия - это взаимосвязанная и междисциплинарная область, которая объединяет поведение клеток и технику их выращивания на искусственном субстрате, с соответствующими биохимическими компонентами, необходимыми для создания искусственных тканей и органов или просто для регенерации поврежденных тканей.
Она включает в себя посев клеток, которые затем культивируются инвитро для формирования зрелых тканей. Затем они фиксируется в поврежденных частях тела, таких как сломанная кость, хрящь или кожа, в качестве имплантата. Далее происходит естественный процесс регенерации тканей.
Протезирование конечностей
Благодаря 3D-печати медицинские приложения позволяют ортопедии не только развиваться, но и работать быстрее ортопедическим производствам, снижая производственные затраты. Когда впервые на 3D-принтере были созданы протезы конечностей, они казались чем-то из области научной фантастики. Сегодня этот процесс уже воспринимается как тривиальный и довольно привычный. Последние достижения в области 3D-печати протезов позволяют широкому кругу людей с ограниченными способностями, которые пострадали в результате несчастного случая или родились с генетическими деформациями, вернуться к нормальной жизни.
Не говоря уже о достижениях 3D-печати в области стоматологии, не только люди извлекают пользу из использования этой технологии. 3D-печать существенно облегчил работу, и расширила круг возможностей ветеринаров, исправила дефекты и продлила жизнь не одному животному.
Анатомическое моделирование.
В целом, медицинские модели с трехмерной печатью изготавливаются на основе виртуальных цифровых моделей, полученных с помощью компьютерных томографов. Однако из-за ограниченной точности технологии компьютерного томографа, которая обычно составляет 1 мм, есть различия между результатами сканирования и реальной структурой. Поэтому, уже более 25 лет индустрия 3D-печати поставляет точные системы печати с соответствующим разрешением, отвечающие требованиям заказчиков-разработчиков.
Технология анатомического моделирования используется для изготовления всего, начиная от протезов для ног и заканчивая сложными и высокоспециализированными протезами для лица онкологически больных людей. И это всего лишь малая часть областей применения 3D-печати в медицинской сфере.
Эта технология так же применяется в изготовлении медицинского инструментария, хирургического оборудования и многого многого другого.
Создание специализированного хирургического оборудования помогает врачам более эффективно и результативно удовлетворять уникальные потребности своих пациентов. Хирургические инструменты, такие как щипцы, ручки скальпеля и зажимы, выходят из принтера в стерильном состоянии, а стоимость таких материалов в десять раз меньше, чем стоимость их эквивалентов из нержавеющей стали.
3D-печать может быть также надеждой для многих детей, рожденных с трахеобронхомалией, врожденной аномалией, которая возникает у каждого из 2100 новорожденных и заключается в слабости стенок трахеи, вызывающей коллапсы во время дыхания или при кашле и часто ошибочно диагностируемой как астма.
Применение 3D-печати в медицинских исследованиях позволило группе учёных создать кластеры стволовых клеток. Существует множество подходов к этой биотехнологии, и сегодня, IPS (индукционные стволовые клетки) могут быть созданы без разрушения эмбрионов человека.
В завершение хотелось бы отметить, что, не смотря на то, что в сфере развития медицины посредством 3D-технологии был сделан колоссальный прорыв, для покорения новых вершин познания и сохранения жизни человека, 3D-печать должна выходить за рамки стандартов медицинского обслуживания, характерных сегодня для этой области.