Вчені створюють натхненну кісткову структуру для більш сильного 3D-друку

Більшість людей зламають хоча б одну кістку за своє життя, але просто подумайте про весь стрес, який відчуваєте ваші кістки, не ламаючи. Вчені з Корнельського університету, Університету Пердю та Університету Кейс Вестерн взяли натхнення з кісток для створення більш міцних 3D-друкованих структур. Зрештою, це може зробити 3D-друк життєздатним для застосувань із великими долями, таких як будівництво та дизайн літаків.

Ні кістки, ні 3D-надруковані предмети не є цілком твердими - це зробило б їх занадто важкими. У 3D-друкуванні проекти часто використовують різні "заливки" для посилення структури. У кістках сила надходить від губчастих структур, званих трабекулами. В обох випадках ключовим є колекція стовпців і балок, які розподіляють навантаження рівномірно. Команда виявила, що створення модифікованих версій «балок» всередині людської кістки за допомогою 3D-друку може призвести до набагато довговічніших предметів.

Трабекули складаються з вертикальних пластинчастих стійок і горизонтальних стрижнеподібних конструкцій, які діють як стовпчики та балки. Коли ви молоді, трабекули у ваших кістках щільні цими променями та колонами. Однак з віком кістки стають менш щільними, тому злами частіше зустрічаються серед людей старшого віку. Дослідники хотіли побачити, який вплив мають дві сили трабекули на міцність.

Команда підозрювала, що вертикальні пластини сприяють жорсткості та міцності кістки, але саме горизонтальні балки роблять кістку довговічною. Щоб продемонструвати це, команда створила 3D-друковану модель трабекул (внизу). Вони показали, що трабекули, надруковані 3D, мали механічні властивості, подібні до справжньої кістки. Потім вони зробили повністю синтетичну структуру, натхненну кісткою людини, і відрегулювали товщину горизонтального променя. Вони виявили, що на 30 відсотків більш товстий брус призвів до 100-кратного збільшення несучої здатності, що надає переконливий доказ того, що горизонтальні конструкції є головним фактором міцності.

3D-друковане відтворення трабекул, як вони з’являються в кістках людини.

Збільшення товщини горизонтальних опор не призвело до значного збільшення ваги 3D-друкованих предметів. Це означає, що ми могли б з часом виготовити великі 3D-друковані структури, які є довговічними та досить легкими, щоб переноситись з місця на місце. Це також може зробити ці марсіанські місця проживання трохи міцнішими. Це навіть може допомогти нам краще зрозуміти зміни, що відбуваються в кістках, коли вони старіють, що потенційно може призвести до нових методів лікування, які зменшують розриви.