پرینتر سه بعدی چگونه عمل میکند

پرینتر سه بعدی چگونه عمل میکند

پرینتر سه بعدی بخشی از فرآیند نوآورانه ای به نام تولید افزایشی می باشد، که به معنی تولید اشیاء جامد سه بعدی از یک فایل دیجیتالی می باشد. این پرینتر از نوعی فرایند لایه سازی استفاده میکند که در آن یک لایه پس از لایه دیگر گذاشته می شود و این عمل تکرار می شود تا جایی که محصول مورد نظر شکل داده شود. این فرایند به طراح یا مهندس کار این اجازه را می دهد تا بتوان قطعات پیچیده خودرو ها، ماشین ها و یا هواپیما ها را با هزینه ای بسیار کمتر و در مدت زمان کوتاه تری نسبت به سایر شیوه های تولید، خلق نماید. امروزه، توسعه سریع تکنولوژی، استارت اپ ها و دیگر شرکت ها را قادر کرده تا پرینتر های سه بعدی را از کارخانه ها خارج کنند و آن ها را به سمت کسب و کار های کوچکتر و حتی منازل سوق بدهند.

 

اولین گام در فرآیند پرینت سه بعدی ایجاد بلو پرینت و یا همان نمایه از شئ داده شده به پرینتر است. برای این مرحله شما می توانید از نرم افزارهای مخصوص استفاده کنید و یا به وب سایت هایی مراجعه کنید که مدل سازی افراد در ان موجود است و این طرح ها را مشاهده کنید. به محض اینکه شما طراحی تان را به پایان برسانید می توانید انرا به پرینتر مورد نظر بفرستید. برای مثال. bot replicator maker این پرینتر دارای پره خاص بیوپلاستی در پشت دستگاه است، بنابراین هنگامی که پرینتر اطلاعات را دریافت میکند ،ماده موجود در آن از طریق یک تیوپ هل داده میشود آنرا ذوب می کند و به سمت صفحه ای که این 8 داغ را به سرعت خنک میکند میفرستد. پرینتر این عمل را تا زمانی که برای ایجاد محصول مورد نظر لازم باشد انجام می دهد.

در دارو سازی و مراقبت سلامت پرینتر های سه بعدی نه تنها میتواند انقلابی در تولید دارو و تجهیزات پزشکی ایجاد کند،.بلکه می تواند متد های جدیدی در ازمایشات پزشکی، بهینه سازی زنجیره تامین و همچنین پیشنهاد راههای مقرون بصرفه تر و خدمات پزشکی منحصر به فرد را ارائه دهد. امید وار کننده ترین مساله ها در این زمینه تولید تجهیزات پزشکی در مدت زمان کم و صرفه جویی در هزینه می باشد. این امری واضح است که تجهیزات پزشکی دارای بهایی گزاف می باشند. هزینه کلی دستگاه های پزشکی در ایالات متحده امریکا به چیزی حدود 150 میلیارد دلار در سال 2010 بر طبق گفته انجمن تکنولوژی پزشکی پیشرفته (advamed) میرسد. بنابراین پرینتر های سه بعدی، مدل های تجهیزات طبی و سایر ملزومات را که در گذشته برای بهبود بیماران استفاده می شده رابا صرفه جویی بسیار در منابع مالی تولید می کند. در اینجا مسال های واضحی برای بیان این مساله ایراد می شود:

الف) ایان مک هیل طرحی برای تولید اسپیلت انگشت ارائه داد که در آن پرینتر سه بعدی می توانست با بهای اندک ودر مدت زمان ده دقیقه آنرا تولید کند! در کشور های درحال توسعه که اسپلیت ها معمولا از کشورهای خارجی و به صورت انبوه وارد می شوند، این شیوه ارزانترین راه حل برای این کشورهای فقیر می باشد، چرا که می تواند در لحظه و به اسانی احتیاجات فرد را رفع نماید.

ب) مدل سازی تومور

پرینت سه بعدی می تواند در زمینه تحقیقات پزشکی نیز کمک کننده باشد. محققان در چین و ایالات متحده امریکا مدل های سه بعدی از تومورهای سرطانی را پرینت کردند، تا به داروهای ضد سرطان جدید دست یابند و به درک بهتری از ایجاد، رشد و گسترش این سلول ها برسند.

ج) مدل سازی اندام

محققان از اسکن های قلب حیوانات برای مدل سازی استفاده کرده اند، سپس مدارهای ارتجاعی به آن افزوده اند. این ماده را می توان برا انطباق کامل دور قلب واقعی پیچیدند. مرحله بعد غنی سازی الکترونیک با چند سنسور است.

چگونه تجهیزات پزشکی ساخته شده توسط پرینتر سه بعدی جان افراد را نجات می دهد

کیبا جین فردو نوزاد نارسی بود که در سال 2011 متولد شد بعد از 8 ماه ریه او دچار سرطان شد، با این حال به دلیل اینکه تنفس او عادی بود، همراه با والدینش به خانه فرستاده شد، بعد از شش هفته تنفس او قطع و بیماری او برونکو ملاسیا (tracheo bronchomalacia) تشخیص داده شد، این لغت لاتین طویل به معنی ضعف شدید نای است که موجب از کار افتادن آن می شود. او تراکستومی داشت و مجبور بود دستگاه تهویه اش را همراه داشته باشد. با این حال تقریبا هر روز دچار ایست تنفس می شد که به تبع آن قلب وی هم از کار می افتاد. مراقب او به وسیله پرینتر سه بعدی دستگاه بیولوژیکی ساخت که به سرعت به تنفس کیبا کمک کرد.

یک کودک 9 ماهه با ببماری کشنده قلبی در چین متولد شد. او از یک بیماری نادر و صعب العلاج رنج می برد. تیمی از پزشکان خبره تصمیم گرفتند با استفاده از پرینتر های سه بعدی مدلی از قلب کوچک او بسازندو عمل پیچیده ای را انجام دهند. این اولین بار بود که فردی با این شیوه درچین درمان میشد. پزشکان این عمل پیچیده و ریسک پذیر را در مارس 2016 انجام دادند. این عمل با موفقیت انجام شد و انتظار میرود این کودک بدون هیچ گونه ناراحتی به حیات خود ادامه دهد.

ایمپلنت های ترمیمی به وسیله پرینتر های سه بعدی

نه تنها پروتز ها بلکه ایمپلنت ها نیز میتواند به شکل منحصر به فردی برای هر شخص توسط پرینتر های سه بعدی ساخته شوند. این امری مهم، در موارد نادر و پیچیده مانند موارد زیر میباشد.

پزشکان هلندی توانستند قسمت بالای جمجه یک زن 22ساله را با ایمپلنت طراحی شده توسط پرینتر های سه بعدی با استفاده از مواد پلاستیکی ترمیم نمایند. بیمار نامبرده از بیماری نادری رنج می برد که در جمجمه وی موجب رشد استخوان اضافه می شد و منجر به فشرده شدن مغز او می شد. راز بیماری او زمانی فاش شد که او برای سردرد های مکررش به دکتر مراجعه کرد و سپس بینایی و توانایی کنترل موتورش را از دست داد. اگر این پرینتر های سه بعدی به نجات او نمی آمدند، این استخوان اضافه موجب مرگ او می شد.

قالب های گچ شکسته بندی شخصی

پرینتر های سه بعدی بلاخره توانستند تجربه شکستگی استخوان را تغییر دهند. در سال 2014طراحان تجربه ای از ساخت مچ بند های سه بعدی داشتند که انرا به صورت باز طراحی کردند و سپس بعد از گرم کردن دراب داغ دور مچ بیمار پیچیدند. یک دانش اموز هلندی به نام pieter smak man، اسکنری ساخت که در ان از یک لیزر ارزان قیمت، سی و دو دوربین و کامپیوتر Rasp berry pi استفاده شده بود. سیستم او قادر بود تا با دقت بالایی دست را اندازگیری کند و همچنین امکان این میرود که برای اندازگیری دستگاه پروتز شخصی هر فرد نیز کمک کننده باشد.

در سال 2015 شخصی به نام scott summit تهیه کننده طرح سیستم سه بعدی را ملاقات کردم، او موضوع در حال بررسی برای مچ دست خودش را داشت و در نهایت گچ پرینت شده مخصوص برای خودش را طراحی کرد. تا کنون شاید او اولین بیماری باشد که با گچ شکسته بندی و بدون استفاده از هیچگونه پلاستیک برای بستن آن به حمام رفته است. گچ دست او با اناتومی بدنش متناسب بود و پزشکش توانست در چند سانیه انرا باز و بسته کند،درحالی که گچ مچ دست او را محکم نگه داشته بود. این گچ برای اسکات 50 دلار هزینه داشت و مدت زمان طراحز ان چند ساعت به طول انجامید.

استارت آپ اسپانیایی پرینتر های سه بعدی exovite system شامل یک اسکنر سه بعدی است که توانایی مدل سازی اندام بیمار را با دقت بالا دارا است و محصول نهایی اسپلیت سه بعدی شخصی و سفارشب ساخته می باشد. مانند آنچه که در تصویر می بینید. پرینت گچ سا بعدی تنها چند دقیقه طول میکشد . این سیستم همچنین دارای ماژول توانبخشی است که به وسیله سیگنال های الکتریکی عضلات را در زیر گچ و موچب باز توانی و بهبود عضلات می شود و از آتروفی ماهیچه ها جلوگیری میکند.

پروتزهای کم هزینه

در جهان بیشتر از سه میلیون نفر به دستگاه محرک مانند پروتز نیاز دارند، در حالی که هشتاد درصد آنها به پروتز های مدرن دسترسی ندارند. به هر حال،تولید پروتز های سنتی بسیار وقتگیر و مخرب هستند، به این معنی که هرگونه تغییرات در آن می تواند موجب نابودی قالب های اصلی شود. محققان دانشگاه تورنتو با همکاریAutodesk و CMB کانادا از پرینتر های سه بعدی برای تولید سریع، ارزان و آسان سوکت پروتز های سفارشی برای بیماران کشورهای درحال توسعه استفاده کردند.

راه حل دیگر امکان پیشبرد پروژه اینده است. این پروژه یک شبکه جهانی از داوطلبان پرشور است که به وسیله پخش طرح های پرینت سه بعدی، ویدیو ها و سایر اطلاعات راجع به دست های پروتزی، داوطلبان، پزشکان و سایر افراد را در این زمینه تشویق می کنند، و به معنای واقعی کلمه دست یاری به سوی آنها که نیاز دارند دراز میکنند.

اخبار موفقیت ها از سر تا سر جهان می رسد. اکنون کودکان و بزرگسالان با دست های پروتزی در شیلی، غنا، اندونزی و بسیاری کشورهای دیگر وجود دارند.

غیر ممکن نیست که ازمایشگاه ها در این زمینه کار مشابهی را انجام ندهند. شرکتی با ریشه ونیزی، کالیفرنیایی پرینتری سه بعدی را به سودان برد، جایی که هرج و مرج جنگ بسیاری را دچار قطع عضو کرده بود. موسس سازمان Mic Eblinچگونگی کارکرد پرینتر و اینکه که چگونه پروتزهای مناسب بدن هر شخص با قیمت مناسب توسط آن تولید کنند، را به عده ای از بومیان آموزش داد.

مواد بیولوژیکی در پرینتر های سه بعدی

پرینتر سه بعدی در حال ظهور به شکل وسیله ای قدرتمند در زمینه مهندسی بافت می باشد. مهم نیست که مساله خون، استخوان، قلب و یا پوست باشد. در واقع تکنولوژی وجود دارد که در اولین برخورد شما را شگفت زده می کند و همزمان شما را می ترساند.

الف) رگ

تحقیقات در دانشگاه هاروارد ، جایی که اولین نمونه از ساخت سفارشی توسط پرینتر سه بعدی صورت گرفت و در آن از جوهر حل کننده برای تولید بخشی از بافت استفاده شد. این نمونه شامل سلول های پوستی در هم آمیخته با مواد ساختاری بود که در آینده می تواند مانند رگ عمل کند.

ب) استخوان

پروفسور susmita از دانشگاه واشینگتون برای یک پرینتر سه بعدی ویژگی تعریف کرد که مواد شیمیایی را به سرامیک بچسباند و نوعی تخته سرامیک پیچیده تولید کند که رشد هرگونه استخوان را ممکن سازد. در این ماده اگر کلسیم سازگار با بدن و پوشش بر پایه فسفات در مواد بکار رود به جایگزینی طولانی مدت در استخوان لگن و زانو کمک خواهد کرد. در سال 2015 موسسه ملی سلامت به این محقق 1.8 میلی ن دلار اعطا کرد تا تیمش را در ادامه بازبیمی و پوشش این طرح ترغیب نماید.

ج) دریچه قلب

Jonathan Butcher از دانشگاه کرنل مدل سه بعدی از دریچه قلب را پرینت کرد و این مدل به زودی بر روی یک گوسفند آزمایش می شود. او تلفیقی از سلول ها و مواد بیولوژیکی را برای کنترل سختی دریچه قلب ازمایش می کند. او بر این باور است که در پنج سال آینده بیو پرینت ها موارد مصرفی بیشتری در مهندسی بافت و جامعه بیو مدیکال خواهند داشت، و حتی به صورت بالقوه به صورت استانداردی در ساخت بافت پیچیده تبدیل خواهند شد.

د) تکثیر گوش انسان

loarence Bonasser از دانشگاه کرنل از عکس های سه بعدی گوش انسان برای تهیه قالب های گوش استفاده کرد. قالب ها با استفاده از ژل حاوی غضروف گاو غوطه ور در کلاژن پر شدند. این امر باعث نگهداری شکل گوش می شد، درحالی که سلول های ماتریکس برون سلولی شان را رشد می داد. این حیرت انگیز است! آنها چیزی بیشتر از یک کپی دقیق از گوش انسان را خلق کرده اند.

ه) پوست مصنوعی

James Yoo از مدرسه پزشکی واک فارست ایالات متحده امریکا مانند محققان دانشگاه مادرید نمونه اولیه ای از پرینت های سه بعدی ایجاد کرده است که می تواند پوست مصنوعی را تولید کند.این پوست مناسب برای جایگزینی در افرادی است که، از سوختگی، آسیب دیدگی و یا سایر مشکلات پوستی رنج می برند. این پوست همچنین می تواند در موارد آزمایشی برای تست لوازم آرایشی، مواد شیمیایی و یا محصولات دارویی مورد استفاده قرار گیرد.

و) ارگان های مصنوعی

ارگانو در سال 2014 با موفقیت توانست با استفاده از پرینت بیولوژیک ، بافتی از کبد را تولید کند. به نظر می رسید آنها 4 تا 6 سال زمان نیاز دارند تا بتوانند قطعه های کبد تولید شده توسط پرینت های بیولوژیک را برای پیوند آماده سازند. کبد های تولید شده با پرینت بیولوژیک همچنین میتواند در صنعت دارویی جایگزین حیوانات شود و میزان سم دارو های جدید را نشان دهد. در چند ماه گذشته، ارگانو، دومین محصول تجاری خود را رونمایی کرد و آن کلیه انسانی تولید شده توسط پرینت بیولوژیک بود. این شرکت عنوان کرد که تا دهه آتی قادر به تولید ارگان هایی مانند کبد، قلب و کلیه خواهد بود. صدها هزار نفر در سرتاسر جهان منتظر اهدای عضو هستند. تصور کنید که این تکنولوژی چگونه می تواند زندگی آنها را متحول کند. بافت کبد تولید شده توسط پرینت بی لوژیک ممکن است تا سال 2019 به fda فرستاده شود.

آینده دارو:دارو های تولید شده با پرینتر سه بعدی

در سال 2017 سازمان FDA تنها یک داروی صرع که توسط پرینتر های سه بعدی ساخته شده بود را به نام اسپریتام پذیرفت. این پرینتر پودر داروی داده شده را بصورت لایه لایه روی هم می گذارد تا سرعت حل شوندگی ان بیشتر از قرص های معمول باشد. تصور کنید با وجود پرینتر های سه بعدی توزیع دارو چقدر سریعتر خواهد بود! و یا تصور کنید که دید ما نسبت به دارو ها و داروخانه ها چگونه خواهد شد اگر خودمان بتوانیم با استفاده از پرینتر های سه بعدی داروی مورد نیازمان را در خانه تولید کنیم!

lee Cronin شیمی دان دانشگاه گلسگو میخواهد کاری مشابه با انچه که Apple با موسیقی انجام داد را با کشف و توزیع اروهای تجویز شده انجام دهد. در TED Talk او توصیف کرد که نمونه اولیه پرینت های سه بعدی قادر به مونتاژ ترکیبات در سطح ملکولی هستند.

بیماران در آینده با نسخه های دیجیتالی به داروخانه های مجازی می روند، طرح داروی خود را بهمراه جوهر شیمیایی مورد نیاز دریافت می کنند و سپس دارویشان را در منزل پرینت می کنند. او گفت: ممکن است در آینده دارویی نفروشیم و به جای ان طرح و app بفروشیم.

پرینت سه بعدی یکی از تکنولوژی های مضر است که پتانسیل این را دارد که محصولات پزشکی و مراقبت سلامت را با مقرون بصرفه سازی، در دسترس قرار دادن و شخصی سازی تغییر دهد. این خود می توان عصر جدیدی را آغاز کند، اگر پرینتر ها پیچیده تر شوند، پرینت کردن مواد بیولوژیکی با دقت بالا تنظیم شده و عموم مردم به حس عادی در رابطه با چگونگی کارکرد پرینتر های سه بعدی می رسند. ما هرکاری که لازم باشد را از دفاع تا انتشار اطلاعات انجام می دهیم تا بتوانیم وقوع این امر را ممکن کنیم