Trenger du noen nye blodårer? Et kneledd? Eller en tredimensjonal modell av den nye operaen? Alt dette kan fikses av superprintere som skriver i tre dimensjoner.
Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.
"Tro det eller ei, denne duppeditten er skrevet ut med printerteknologi, i ZCorps 3D-printer. (Foto: ZCorporation)"
Slik virker pulverskrivere
Det finnes flere metoder for å skrive ut tredimensjonale figurer. Én av teknikkene kalles powderbed - eller pulverseng.
Her legger maskinen først et tynt lag av metall- eller plastpulver i et kammer. Så farer et slags printerhode over laget, og smelter eller binder sammen pulveret i akkurat det området der den nederste skiva av figuren skal være.
Etterpå drysses et nytt pulverlag på, før skriverhodet smelter eller binder ei ny skive. Skal maskinen for eksempel lage ei hul kule, begynner den med å skrive ut den flortynne skiva nederst på kula. Den vil bare se ut som et lite punkt - punktet hvor kula hviler mot bunnen.
Så printer maskinen neste skive oppå den nederste. Dette laget vil være et litt større punkt enn det forrige.
Når arbeidet er halvgjort, ser hvert av de tynne lagene ut som en flat ring. Så krymper ringene mot toppen av kula, til den siste skiva som igjen bare er et punkt. Dermed er kula ferdig - med hulrom og det hele. I hvert fall dersom den har et hull der pulveret inni kan tømmes ut.
Maskinene som skriver ut plastfigurer bruker et slags bindemiddel til å fiksere hvert av lagene. Dette bindemidlet kan ha ulike farger, og dermed kan man lage figurer i mange farger.
Det høres ut som en klisjé fra en tredjeklasses sci-fi-roman. Men maskiner som lager tredimensjonale ting med printerteknologi, finnes faktisk.
Maskinen ZPrinter 450 skriver allerede ut lekefigurer og husmodeller i farget plast. I Trondheim printer norske forskere ut prototyper til kneimplantater. Og i Missouri har noen skrevet ut ei spill levende blodåre.
Og dette er bare begynnelsen, tror Roald Karlsen, seniorforsker ved SINTEF i Trondheim.
- Utvikling på dette feltet er noe av det viktigste som kommer til å skje innen produktteknologi i åra som kommer, tror han.
- Både medisinske forskere og teknologer mener det kan bli helt normalt å printe ut menneskeorganer med pasientens egne stamceller allerede i 2040.
Men hvordan er det i det hele tatt mulig å skrive ut noe i tre dimensjoner?
Null spon
Roald Karlsen og kolleganene ved SINTEF har jobbet med problemstillingen i mange år.
- Vi kaller prosessen additiv framstilling. Det er fordi vi lager ting ved å legge til materiale, i stedet for å skjære vekk materiale, slik man gjør i tradisjonelle produksjonsprosesser.
- Skal du for eksempel lage et propellblad på vanlig måte, begynner du med ei diger metallblokk. Så freser du bort omtrent 90 prosent av metallet før bladet er ferdig, forklarer Karlsen.
Det går bort mye metallspon og energi. Dessuten må du finne både gode redskaper til å frese med, og holdbare metoder for å feste blokka mens du arbeider. Med additiv framstilling forsvinner alle disse problemene.
- Det eneste maskinen trenger, er en datategning. Så bygger den opp gjenstandene fra ingenting! sier Karlsen.
Skriver ut datategning
Det finnes allerede mange ulike teknikker for å skrive ut tredimensjonale ting, forteller Karlsen.
Felles for alle sammen er at man først må lage en 3D-tegning av tingen på en datamaskin. Så deler dataprogrammet opp figuren i tynne, tynne skiver. Disse skivene er en slags byggeplan for printeren - en byggeplan for et byggverk med enormt mange tynne etasjer.
Teknikken går nemlig ut på å skrive ut ett og ett av disse lagene over hverandre, omtrent på samme måte som en blekkskriver printer på papir. Ulike maskiner bruker forskjellige materialer, for eksempel plast, ulike typer metaller eller til og med levende celler.
Annonse
Variasjonen i produktene som i dag tyter ut av prøveprintere i verdens forskningslaboratorier, sier kanskje sitt om hvor nyttig denne teknikken kan bli i framtida.
- En av de store fordelene med additiv framstilling er at teknikken gjør det mulig å lage produkter med en utrolig komplisert geometri, som ellers måtte skrus sammen av mange smådeler, forklarer Karlsen.
- Flyprodusenten Lockheed Martin er langt framme på feltet. De har lagd et prototypefly hvor mange av delene er skrevet ut. Dermed har de klart å redusere antallet deler i flyet med 90 prosent!
Dessuten åpner teknikken for muligheter til å lage helt nye materialer.
Nye blandinger
- Teknikken gjør at vi kan blande ulike metaller på helt nye måter. Dermed kan vi plutselig få til egenskaper som vi har hatt lyst til å lage før, men som hittil har vært uoppnåelige, sier Karlsen, som selv skriver ut metallgjenstander på en selvsnekret maskin ved SINTEF.
- Når man lager kunstige hofteledd eller andre proteser som skal opereres inn i kroppen, vil man for eksempel at utsida skal være av titan som immunsystemet tolererer. Samtidig vil man kanskje bruke et supersterkt metall som koboltkrom på innsida.
- Men disse metallene vil ikke feste seg til hverandre på vanlig måte. Med additiv fremstilling går det imidlertid fint, sier Karlsen.
Han og teamet hans har nylig brukt maskinen sin nettopp til å skrive ut et parti med flunkende nye implantater til kneledd.
Nye knær
- Vi er med i et EU-prosjekt der vi utvikler kunstige kneledd. Med additiv framstilling kan vi bestemme hvor porøst materialet skal være. Vi lager massevis av ørsmå hulrom i lagene som skal ligge ut mot vevet, slik at blodårer kan vokse inn i dem. Dermed vil protesen feste seg bedre.
"Maskinen på SINTEF er en prototyp, snekret sammen av bildeler og spesialbestilte komplnenter. Den kan skrive ut metallting. (Foto: Roald Karlsen)"
Annonse
- Dessuten kan vi lage kunstig beinvev som oppløser seg i samme tempo som kroppen bygger nytt bein. Det betyr at kroppen etter hvert vil erstatte protesen med eget beinvev.
- Kneleddene våre prøves ut i laboratoriene til Zimmer GmbH i Sveits i disse dager. Men forskerne må nok jobbe med slike tester i fem-seks år til, før et produkt kan prøves ut på mennesker, sier Karlsen, som mener additiv fremstilling er som skapt for produksjon av reservedeler til kroppen.
- Ingen mennesker er helt like, så proteser må bygges spesielt for hvert enkelt tilfelle. Dette er ikke noe problem for additiv framstilling. Man mater bare CT- eller MR-bilder av kroppsdelen inn i en datamaskin og lager et tredimensjonalt bilde av protesen, og så skriver man den ut.
Skrev ut blodåre
På lengre sikt er det antageligvis ikke bare ødelagte bein som kan erstattes av kopier fra maskiner som skriver ut i tre dimensjoner. Nylig klarte Gabor Forgacs og kollegaene fra University of Missouri å printe ut levende blodårer og hjertevev.
Forskerne brukte rett og slett en slags biologisk blekk av levende celler, som de la i fine ringer over hverandre. Etterpå lot de det lille cellerøret modne, slik at cellene vokste sammen til ei levende blodåre.
Dette er en milepæl på veien mot å kunne skrive ut hele organer, skriver NatureNews.
Forskerteamet tror at vi virkelig vil kunne printe organer en gang i framtida, og spår at nyrer kan bli et av de første organene vi klarer å lage.
Sukker og spillfigurer
Og mens vi venter på det første utskrevne organet, kan vi jo alltids more oss med litt 3D-tull.
Vi kan for eksempel lage vår egen 3D-printer som skriver ut finurlige figurer i sukker. I følge nettstedet Flickr skal bragden kunne utføres ved hjelp av en akvariepumpe, noen resirkulerte skriverdeler, McGyver-ånd og et par hundre kilo farin.
Eller vi kan kontakte firmaet Fabjectory og bestille en utskrift av yndlingskarakterene våre i dataverdener som World of Warcraft og Second Life. Etter sigende vil en virtuell agent for firmaet dukke opp og fotografere oss inne i spillet, og snart skal en fiks ferdig modell dukke opp i posten.
Annonse
Men er det våre egne actionfigurer vi ønske, kan vi kanskje like godt prøve å overtale sjefen til å skaffe en ekte Z Corp 3D-printer for plastfigurer til kontoret. Den tar ikke stort større plass enn en kopimaskin, og ryktene sier at du får den for under 300 000 kroner.
I denne reklamefilmen kan du se 3D-printeren i aksjon:
