Open Source 3D Printing: onderzoek naar wetenschappelijke en medische oplossingen

3D-printen is geen nieuw ding om over te horen. Het is een zeer populaire industrie op dit moment die begon in de vroege jaren 80. Maar hoe anders is Open Source 3D Printing van eigen ontwerpen? Hoe beïnvloedt dit zijn toepassingen in de wetenschap en geneeskunde? Laten we verder lezen.

Waar gaat 3D-printen over?

Net zoals een conventionele computerprinter wordt gebruikt om in 2D op papier af te drukken, is het de taak van een 3D-printer om echte driedimensionale objecten te creëren, gestold uit een digitaal 3D-bestand, uiteraard geholpen door een computer. Ze gebruiken verschillende processen door materialen laag voor laag toe te voegen in de meeste methoden.

Materialen kunnen in vloeibare vorm of in poedervorm zijn, bedoeld om te worden samengesmolten, om te dienen als invoermateriaal voor de 3D-printer, net zoals inkjet 2D-printers inktpatronen vereisen. De objecten die worden gemaakt, kunnen vrijwel elke geometrische vorm hebben.

Een meer industriële term voor 3D-printen is Additive Manufacturing.

Waarom is 3D-printen zo handig?

3D Printing heeft onbeperkte toepassingen waardoor het zo populair is. Laten we in het kort enkele van deze toepassingen bekijken, hoewel onze aandacht vooral uitgaat naar toegepaste wetenschappen en medische toepassingen.

1. Rapid Prototyping

In 3D Printing is Rapid Prototyping een proces waarbij kleinere delen van een groter apparaat snel kunnen worden vervaardigd voor verbeterde productiviteit, met behulp van 3D CAD. Dit is een geweldige manier om de bruikbaarheid van prototypen voor industriestandaarden te testen, vandaar de term.

2. Voertuigen

Er is een breed scala aan 3D-geprinte productieprocessen voor de luchtvaart, de automobielindustrie, ruimtevaart, scheepsbouw en meer.

3. Omgeving

3D Gedrukte koraalstructuren worden nu ontwikkeld om onze stervende koraalriffen te redden.

4. Constructie

Delen van hele gebouwen kunnen nu worden gemaakt met 3D-printing, die later allemaal opnieuw kunnen worden samengesteld voor de constructie van verschillende architecturen. U kunt nu uw huis in minder dan een dag 3D-afdrukken!

5. Tandheelkunde

Wist je dat zelfs tanden 3D afgedrukt kunnen worden? Bedenk hoe nauwkeurig ze kunnen worden ontworpen om tanden te vervangen of te repareren!

6. Gadgets en hulpmiddelen

U kunt zelfs uw eigen aangepaste gadgets en hulpmiddelen voor persoonlijk gebruik 3D printen!

7. Organen

Ja, dat klopt, 3D Printing Research heeft nu zoveel vooruitgang geboekt dat het nu ook mogelijk is om menselijke organen aan te maken die klaar zijn voor een transplantatie van patiënten die ofwel een lever, nier, hart, longen of een ander vitaal orgaan hebben dat verder beschadigd is "reparatie".

Nu we enkele van de verschillende toepassingen hebben gezien, moeten we nu eens nadenken over welke van de volgende twee benaderingen voor hen het meest geschikt is:

Eigen (gesloten bron) 3D-printen

Eigen 3D-afdrukken, zoals de uitdrukking suggereert, maakt gebruik van bedrijfseigen software die geen toegang tot de broncode mogelijk maakt voor de ontwikkeling van de hele gemeenschap. Alle wijzigingen die op de hardware worden aangebracht, maken ook uw garantie ongeldig als u een eigen 3D-printer bezit. Als u de manier waarop de printer werkt moet veranderen om deze aan uw specifieke vereisten aan te passen, wordt u door een aantal van dergelijke problemen geblokkeerd.

Als dergelijke regels worden gevolgd voor alle 3D-afdruktoepassingen die we in de bovenstaande sectie hebben besproken, wordt het echt moeilijk om u te concentreren op de werkelijke projectdoelstellingen.

Eigen 3D printen kan erg duur zijn, niet alleen in termen van geld, maar ook als u rekening houdt met tijd, wat ook heel waardevol is om te overwegen tijdens het werken aan een 3D Printing-project.

Open Source 3D Printing

Open Source 3D Printing elimineert alle problemen die we zojuist in het hoofdstuk over eigendomsrechten hebben besproken. Dit verlaagt niet alleen de kosten, maar maakt het ook eenvoudiger om problemen op te lossen die zich voordoen tijdens 3D-productie.

Blijkbaar wint de term "Open Source 3D Printing" ook aan populariteit, zoals blijkt uit een eenvoudige online zoekopdracht.

Het is nu mogelijk voor gebruikers om volledig Open Source te gebruiken, waardoor het mogelijk wordt om de productietijd en productiekosten aanzienlijk te verminderen!

Voorbeelden van toegepaste wetenschappen en medische oplossingen behaald met Open Source 3D Printing

We dachten na over welke van deze vele toepassingen het belangrijkst is voor het radicaal verbeteren en ondersteunen van de kwaliteit van ons leven en onze planeet, en daarom hebben we besloten om specifiek de wetenschappelijke en medische oplossingen te verkennen om precies dat te doen.

Laten we daarom in dit laatste en belangrijkste gedeelte gerelateerde toepassingen kiezen die we zojuist hebben besproken en enkele voorbeelden in detail bekijken waarvan we denken dat Open Source-aanpak het meest nodig is:

1. Onze koraalriffen redden

3D Printed Coral Reefs ontwikkeld door Reef Design Lab

Koraalriffen vormen een uiterst belangrijk onderdeel van de biodiversiteit van onze planeet en ze sterven.

3D Gedrukte koraalriffen zijn nu een veelbelovend initiatief om hen te helpen herstellen. Reef Design Lab heeft onlangs het mogelijk gemaakt om het koraalleven te ondersteunen. Het ontwerp van de 3D-modellen die bij het project betrokken zijn, zal Open Source worden gemaakt, zodat onderzoekers die op dezelfde manier willen bijdragen actief kunnen deelnemen.

2. Vervanging van tanden

3D geprinte tanden? Ja, dat is vandaag een duidelijke mogelijkheid! Er is ook een interessante verbetering in het ontwerp: deze tanden zijn ontworpen met materiaal dat antibacterieel van aard is! Dit maakt het mogelijk de bacteriën te doden die verantwoordelijk zijn voor tandbederf bij contact van het voedsel dat je kauwt!

3. Bioprinting

Een 3D Bioprinter is een apparaat dat "bio-inkt" vereist om als materiaal voor 3D Print-biotechnologisch weefsel te worden gebruikt.

De volgende korte video beschrijft het proces van Bioprinting van een menselijk oor. Merk op dat ze geen plastic of rubber maar levend weefsel als een biomateriaal gebruiken!

Het Open Bioprinting Initiative

Omdat we hebben geleerd dat Tissue Engineering in grote mate wordt aangedreven door 3D Printing-technologie, moeten we er ook rekening mee houden dat elke patiënt anders is, en daarom is het noodzakelijk voor een open platform dat aangepaste productie voor het genereren van weefsels en organen mogelijk maakt.

Een open systeem dat een dergelijke op maat gemaakte afdruk mogelijk maakt van biomaterialen die divers van aard zijn, maakt het veel gemakkelijker om onderzoek te doen in Tissue Engineering.

Het Open Bioprinting Initiative was een stap die ditzelfde primaire doel aanpakt. Het bijbehorende artikel is geen Open Access. Maar voor educatieve doeleinden is het beschikbaar gemaakt op hun GitHub-repository met de naam Papers .

Het document geeft aan hoe een Open Source multikanaals 3D Bioprinting-systeem belangrijk is, zowel op het gebied van hardware als software. Het vermeldt ook de kosteneffectiviteit omdat het systeem is ontworpen en geïntegreerd met een open source methode om optimale omstandigheden te vinden voor 3D Bioprinting.

De zoektocht naar een volledig functioneel bioprinthart!

We weten allemaal hoe belangrijk het hart is voor onze gezondheid. Een medisch technologiebedrijf met de naam Biolife4D heeft onlangs haar vermogen om 3D Bioprint Human Heart Tissue te ontwikkelen aangetoond! Dit is een opmerkelijke prestatie!

Ze gebruiken levende cellen om biologische structuren te bioprinten. De eigen witte bloedcellen van de patiënt werden opnieuw geprogrammeerd om pluripotente stamcellen en hartcellen te creëren, waarbij het proces een kwestie van dagen duurde voor een complete generatie in de vorm van een hartpatch.

Momenteel betreft hun onderzoek de ontwikkeling van individuele onderdelen zoals hartkleppen en bloedvaten voor het hart. Hun uiteindelijke doel op dit moment is om een ​​volledig functioneel bioprinthart te creëren.

We hebben online opgezocht voor hun Open Source-repositories, maar konden die niet vinden. We hopen dat ze in de toekomst een deel van hun onderzoek naar Open Source gaan uitvoeren, zodat meer academici en onderzoekers gezamenlijk kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van een volledig functioneel 3D Bioprinted Heart. Een dergelijke actie zou ook initiatieven zoals Open Bioprinting enorm helpen.

Toegepaste nanotechnologie voor orgaantransplantatie

"Het vakgebied van de engineering van weefsels is gestaag aan het groeien, mede als gevolg van de ontwikkelingen in rapid prototyping-technologie. Zelfs met toenemende focus blijft succesvolle complexe weefselregeneratie van gevasculariseerd bot, kraakbeen en de osteochondrale interface grotendeels illusoir. Deze review onderzoekt huidige driedimensionale printtechnieken en hun toepassing op bot-, kraakbeen- en osteochondrale regeneratie. Het belang van en de voordelen voor nanomateriaalintegratie wordt ook benadrukt met recent gepubliceerde voorbeelden. Vroege successen en uitdagingen van recente studies worden besproken, met een vooruitblik op toekomstig onderzoek op de gerelateerde gebieden. "

Nowicki, M., Castro, NJ, Rao, R., Plesniak, M., & Zhang, LG (2017). Integratie van driedimensionaal drukwerk en nanotechnologie voor musculoskeletale regeneratie. Nanotechnology, 28 (38), 382001. doi: 10.1088 / 1361-6528 / aa8351

In ons vorige Open Science-artikel bespraken we het onderwerp nanotech en open source in detail, terwijl dit artikel in zijn samenvatting werd genoemd. Nanotechnologie en 3D Printing delen een sterke correlatie.

We bespraken materialen die worden gebruikt om 3D-objecten via de printers te maken. Deze materialen kunnen ook op nanoschaal worden ontworpen.

Omdat de materialen van de bottom-up nanoschaal zijn ontworpen, waardoor drie uiterst noodzakelijke precisieniveaus mogelijk zijn, bijv. Nano-micro-macro, is het nu mogelijk om eigenschappen zoals maximale sterkte met minimaal gewicht te behouden. Dit betekent dat we nu de elasticiteit, sterkte of hardheid van dergelijke 3D Gedrukte objecten met hoge nauwkeurigheid kunnen aanpassen.

Zo'n extreem hoge nauwkeurigheid is van het grootste belang bij de ontwikkeling van 3D-gedrukte menselijke organen, die het nu mogelijk maken om talloze levens te redden. Weefseltechnologie zou aanzienlijk worden verbeterd en aldus effectieve productie van 3D-geprint bot, kraakbeen of osteochondraal weefsel bevorderen.

Dat is nog niet alles, want we hebben al gezien hoe andere vitale organen nog belangrijker zijn.

4. Geneesmiddelontdekking

"De huidige prestaties omvatten multifunctionele medicijnafgiftesystemen met versnelde afgiftekarakteristieken, instelbare en gepersonaliseerde doseringsvormen, implantaten en fantomen die corresponderen met de specifieke anatomie van de patiënt, evenals celgebaseerde materialen voor regeneratieve geneeskunde."

Jamróz, W., Szafraniec, J., Kurek, M., & Jachowicz, R. (2018). 3D-printen in farmaceutische en medische toepassingen - Recente prestaties en uitdagingen. Pharmaceutical Research, 35 (9). doi: 10.1007 / s11095-018-2454-x

We hebben eerder besproken waarom Open Source Pharma naar verluidt "Linux for Drugs" is. 3D Printing versterkt dat initiatief omdat het met uiterste precisie meer flexibiliteit, tijdbesparende en productietechnieken biedt. Zo'n medicijnontdekkingsmethode maakt gebruik van 3D Printing's basismethode van laag-voor-laag-CAD om geneesmiddelen te formuleren met de juiste dosering.

De FDA keurde enkele jaren geleden het eerste 3D-geprinte medicijn goed. 3D Printed Drug Development gaat in op de uitdagingen van conventionele productietechnieken in farmaceutische eenheden. Het grotere voordeel ligt in zijn veel betere vermogen om kwaliteitsmedicijnen te creëren in termen van geneesmiddelbelading, medicijnafgifte, geneesmiddelstabiliteit en farmaceutische doseringsvormstabiliteit, zoals in dit Open Access-papier in veel detail beschreven.

Samenvatting

Daarom hebben we in dit uitgebreide artikel over 3D-printing eerst een korte introductie gegeven van het concept, gevolgd door inzicht in de betekenis ervan met verschillende voorbeelden van toepassingen.

Verderop maakten we een onderscheid tussen gepatenteerde en Open Source 3D-drukmodellen om de voordelen van deze laatste te begrijpen.

Ten slotte hebben we ons gericht op de wetenschappelijke en medische oplossingen voor open source bioprinten door te kijken naar initiatieven voor het redden van onze koralen, het vervangen van tanden door antibacteriële vaardigheden, bioprinting met de nadruk op open source bioprinten en toegepaste nanotechnologie voor orgaantransplantatie. In onze laatste subparagraaf hebben we ook de rol van 3D-printen in Drug Discovery benadrukt.

Dit zijn slechts enkele van de vele toepassingen van 3D-printen. Wij zijn van mening dat fabrikanten van merkproducten moeten migreren naar open source-bedrijfsmodellen die een betere toepasbaarheid voor onze planeet zouden bevorderen.

Wat zijn jouw opvattingen? Denkt u dat er meer inspanningen moeten worden geleverd in Open Bioprinting en andere 3D-afdruktoepassingen? Ben je ooit betrokken geweest bij 3D Printing? Deel uw mening met ons in de opmerkingen hieronder.

Aanbevolen

Dingen om te doen na het installeren van Fedora 24
2019
Speel Multiplayer Tron Arcade Game In Linux Terminal
2019
Snel kijken naar de op Arch Based Indie Linux-distributie: MagpieOS
2019