Північно-Західна зараз

Футуристична технологія друкує 1000 компонентів маски на день

Дослідники сподіваються зробити вм'ятину в лікарнях одним 3D-принтером

Дослідники Північно-Західного університету продемонстрували здатність генерувати 1000 компонентів для масок на день за допомогою одного 3D-принтера.

Критично важливий предмет індивідуального захисту (ЗІЗ), захисні щитки захищають медичних працівників від нового коронавірусу (COVID-19) під час лікування пацієнтів.

Коли дослідники з Північного Заходу Чад А. Міркін та Девід Уокер почули про нестачу ЗІЗ у лікарнях, їхня команда почала діяти. У жовтні Міркін та його дослідницька група у проривній статті в журналі Science розкрили нову техніку тривимірного друку під назвою «швидкий друк з високою площею» (HARP), принтер висотою 13 футів із відбитком 2,5 квадратних футів ліжко, яке може надрукувати приблизно пів ярду за годину - рекордна пропускна здатність для поля 3D-друку.

Чад А. Міркін

"Навіть парки тривимірних принтерів відчувають труднощі із задоволенням попиту на маски для обличчя, оскільки потреба така величезна", - сказав Міркін. "Але HARP настільки швидкий і потужний, що ми можемо вкласти значущі зусилля в цю потребу".

Деталі виготовляються зі швидкістю 1000 на добу при роботі принтера цілодобово та без вихідних. Члени волонтерської групи працюють у шестигодинні зміни, щоб постійно тривати виробничий цикл.

Міркін - професор хімії Джорджа Б. Ратмана в Північно-Західному коледжі мистецтв і наук Вайнберга та директор Міжнародного інституту нанотехнологій. Уокер - підприємець, що проживає на північному заході. Разом з колегою з Північно-Заходу Джеймсом Гедріком Міркін та Уокер винайшли технологію, що лежить в основі HARP, і заснували Azul 3D, Inc., компанію, яка ліцензувала інтелектуальну власність HARP (заявка на патент США 62/815,175).

Маски складаються з трьох компонентів: міцної пластикової пов'язки на голову, прозорого пластикового простирадла та еластичної. Пластиковий лист закріплюється на пов'язці, яка потім кріпиться до голови власника еластичною гумкою.

Команда Azul 3D буде керувати друком на голові та співпрацює з місцевою виробничою компанією, щоб забезпечити лазерно-вирізані прозорі пластикові екрани. Третій партнер проводить санітарну обробку та упаковує компоненти маски для обличчя у прості у складанні комплекти, які будуть поставлятись до районних лікарень. Команда зазначає, що маски для обличчя можна мити та використовувати повторно, і зараз виконує нормативні вимоги щодо використання щитів.

Механічно міцні деталі з 3D друком

HARP спирається на нову, стереолітографічну версію, яка розглядається патентом, - тип 3D-друку, який перетворює рідкий пластик у тверді предмети. HARP друкує вертикально і використовує проектоване ультрафіолетове світло для затвердіння рідких смол у затверділому пластику. Цей процес дозволяє друкувати шматки твердих, еластичних або навіть керамічних. Ці постійно друковані деталі мають механічну міцність, на відміну від ламінованих конструкцій, загальних для інших технологій 3D-друку. Їх можна використовувати як деталі для автомобілів, літаків, стоматології, ортопедії, моди тощо.

Основним обмежуючим фактором для сучасних 3D-принтерів є тепло. Кожен 3D-принтер на основі смоли генерує багато тепла при роботі на швидких швидкостях - іноді перевищує 180 градусів Цельсія. Це не тільки призводить до небезпечно високих температур поверхні, але також може спричинити тріщини та деформацію друкованих деталей. Чим швидший він, тим більше тепла виробляє принтер. І якщо він великий і швидкий, спека неймовірно інтенсивна.

Північно-західна технологія оминає цю проблему з антипригарною рідиною, яка поводиться як рідкий тефлон. HARP проектує світло через вікно для затвердіння смоли поверх вертикально рухається пластини. Рідкий тефлон тече над вікном для відведення тепла, а потім циркулює його через блок охолодження.

"Наша технологія виробляє тепло, як і інші", - сказав Міркін. "Але у нас є інтерфейс, який відводить тепло".

Міркін каже, що HARP буде комерційно доступний у наступному році. Команда вже працює над другим принтером, який подвоїть пропускну здатність існуючого.

Міркін також є професором біомедичної інженерії, матеріалознавства та техніки та хімічної та біологічної інженерії в Інженерній школі Маккорміка; професор медицини в Медичній школі Фейнберга; і член Всебічного онкологічного центру Роберта Лур'є Північно-Західного університету.

Примітка редактора: Міркін, Уокер і Хедрік мають фінансові інтереси в Azul 3D, Inc. і пов'язані з ними. Північно-Західний університет має фінансові інтереси (власний капітал, роялті) в Azul 3D, Inc.