De twee jaar oude Emma kan haar armen niet gebruiken door de zeldzame aangeboren (maar niet-erfelijke) ziekte arthrogrypose. Een prothese in de vorm van een ondersteunend exoskelet kan dan uitkomst bieden. Kleine kinderen groeien snel, dus een prothese met de hand laten maken is niet praktisch. Tenzij de ouders miljonair zijn of het ziekenfonds erg gul. Een ziekenhuis in het Amerikaanse staatje Delaware vond een goede oplossing: een vervangende prothese met een 3D-printer uitprinten.
Met de 3D printer van fabrikant Stratasys kunnen steeds nieuwe armprotheses voor Emma worden uitgeprint. Emma is nu aan haar tweede stel “toverarmen”, zoals ze het exoskelet noemt.
Goed nieuws, niet alleen voor Emma, maar ook voor weinig kapitaalkrachtige patiënten in bijvoorbeeld derde-wereldlanden. Dit is weer een nieuw voorbeeld van hoe 3D-printtechniek de maakindustrie steeds meer op haar kop zet. Terwijl we ons allemaal zorgen maken over de financiële markten, is deze stille revolutie in volle gang.
Nog een interessante presentatie over 3d printing of additive manufacturing. Voorbeelden van 3d printen van dagelijkse gebruiksproducten, medische toepassingen, kunst, mode, toepassingen in de bouw, de productie van motoren etc. De mogelijkheden lijken werkelijk onbeperkt te zijn. Daarnaast komen er ook interessante vragen aan bod over wat dit soort technologie kan betekenen qua milieu impact, of wat er gaat gebeuren met copyright of tot slot wat gaan we doen met alle fabrieken die dicht kunnen en alle arbeiders die niet langer nodig zijn in deze fabrieken.
Voor de mensen die zelf willen leren 3d ontwerpen te maken kan de gratis software van Google SketchUp, Tinkercad en 3DTin wellicht uitkomst bieden. Ook een goede 3d scanner is handig, deze scanner maakt 3d computermodellen van datgene wat je scant. Deze ingescande modellen kun je vervolgens aanpassen en 3d printen. Daarnaast zijn op shapeways.com (met vestiging in Eindhoven NL), i.materialise.com en op freedomofcreation.com 3d geprinte producten te vinden die vandaag de dag voor consumenten al te koop zijn.
Wat voor mogelijkheden en toepassingen kunnen de lezers van visionair hier allemaal nog verzinnen voor 3d scanning en printing?
Voor het eerst zijn biologen er in geslaagd om een 3D geprinte eierstok in muizen eicellen te laten produceren. Kunnen nu ook oudere vrouwen in de toekomst hun menopauze voorkomen en kinderen blijven krijgen?
Grote doorbraak voor de gezondheid van vrouwen
Onderzoekers van de Amerikaanse Northwestern University zijn er in geslaagd om muizenwijfjes zonder eierstokken levende jongen te laten baren door middel van geïmplanteerde, 3D-geprinte eierstokken.
Ongeveer tien procent van alle vrouwen is hun hele leven onvruchtbaar. Alle vrouwen komen uiteindelijk in de menopauze, een levensfase waarin de eierstokken door hun voorraad eicellen heen raken. Als gevolg stoppen vrouwen met menstrueren en krijgen ze overgangsklachten, zoals de beruchte opvliegers. Kortom: er is best veel vraag naar deze technologie, want bijna alle onvruchtbare vrouwen willen kinderen krijgen en maar weinig vrouwen begroeten de menopauze met vreugde.
Gelatine met eicellen
De onderzoekers gebruikten een biotechnologische 3D-printer om een ondersteunende structuur van gelatine te bouwen. Gelatine is bekend uit de keuken en bestaat uit het dierlijke eiwit collageen. De structuur van de kunstmatige eierstok werd zo nauwkeurig mogelijk afgeleid van die van menselijke eierstokken. De eierstok moest stevig genoeg worden om een operatie te overleven en tegelijkertijd ruimte genoeg bieden voor de groei van eicellen, de vorming van bloedvaten en ovulatie. Om dit te bereiken construeerden de onderzoekers kriskrasverbindingen, waardoor de cellen op meerdere platen konden aanhechten. De raamwerken werden ‘ingezaaid’ met follikels uit eierstokken. Dit zijn de ronde structuren met elk een eicel in het midden, die omringd worden door ondersteunende, hormonen producerende cellen. Bekend van de biologieles op school. Om de gekweekte eierstokken te testen, verwijderden de onderzoekers de eierstokken van muizen en vervingen ze door de gekweekte exemplaren. Na de operatie begonnen de muizen te ovuleren, baarden gezonde jongen en waren in staat ze te zogen. Ook de hormonale cyclus werd hersteld. Dit is goed nieuws voor vrouwen zonder goed functionerende eierstokken. Deze krijgen namelijk op latere leeftijd problemen met botontkalking en aderverkalking, ongeveer wat met ‘normale’ vrouwen na de menopauze gebeurt.
Muizen kunnen nu met kunstmatige eierstokken zwanger worden. Bron: NIH, VS
In de muizen stimuleerde de steigerstructuur de groei van bloedvaten, zonder dat extra substanties nodig waren om deze op te wekken. Hierbij moet wel de kanttekening worden gemaakt dat muizen, en hun eierstokken, duizend keer kleiner zijn dan mensen, dus dat voor menselijke eierstokken vermoedelijk wel de nodige kunstgrepen nodig zijn. Er zijn eerder wel al bemoedigende resultaten bereikt bij het produceren van follikels bij muizen en mensen. Deze eicellen rijpten in alginaat (agar), wat wisselvallige effecten had [2]. Het lichaamseigen collageen blijkt dus betere effecten te geven.
3D-printers zijn in theorie erg handig, maar in de praktijk logge, onhandelbare apparaten. Dat verandert met dit nieuwe printertje. Startup OLO maakt gebruik van een smartphone om het licht te genereren waarmee een lichtgevoelige hars op de juiste plaatsen uithardt.
Een interessante feature is dat het mogelijk is om een ontwerp te delen met een andere OLO3D-gebruiker. De OLO3D is niet geschikt voor ongeduldige mensen. Een printje kost al gauw enkele uren. Al die tijd kan je je smartphone ook niet gebruiken. Een hel dus voor de gemiddelde hippe smartphonegebruiker.
Update: er zijn nogal wat ontevreden deelnemers aan dit Kickstarter project. Het lijkt door mismanagement een roemloos einde te zijn gestorven, wat jammer is. Begin hier dus niet aan.
Het goed nieuws is dat er ondertussen (eind 2021) voordelige resin 3D printertjes te koop zijn van rond de 150 tot 200 euro. Zie de 3D printers op bol.com. Deze zijn van betrouwbare merken.
De gedachte achter de chemputer is even revolutionair als geniaal. Download het ‘recept’ voor een bepaalde chemische stof en 3D-print de reactor om die stof mee te maken. Dit is vooral interessant voor medicijnen (en, uiteraard, recreatieve drugs).
Dit is wat Lee Cronin van de Universiteit van Glasgow (Schotland) deed. Hieronder een TED presentatie.
Het belang hiervan kan niet worden overschat. Als een klein, compact apparaat in staat is elke gewenste chemische verbinding te maken, maakt dit in feite apotheken overbodig en kunnen zelfs in de armste gebieden up-to-date medicijnen worden verstrekt. Voor astronauten is het ontbreken van een goede ziekenboeg mogelijk dodelijk. Met een chemputer kunnen ook voor de meest exotische aandoeningen (als die optreden bij astronauten) medicijnen worden geprint. Dit geldt ook voor andere nuttige chemische stoffen.
Een uitzondering zijn enkele chemische stoffen die extreme reacties vereisen om te fabriceren.
Ook in China, dat door veel mensen nog wordt geassocieerd met lage lonen en erbarmelijke werkomstandigheden, breekt de 3D printrevolutie uit.Slechts twee jaar na de eerste 3D-geprinte auto in de Verenigde Staten, wordt deze ook in China op de markt gebracht door de op het zuidelijke eiland Hainan gevestigde firma Sanya Sihai 3D Technology. De (incrementele) kosten voor deze modern ogende auto waren extreem laag, rond de $1770 (1500 euro).
3D geprinte auto’s kunnen nu ook China veroveren.
De auto is geheel elektrisch en 1,63 bij 3,6 meter in afmeting, vrij klein dus. Het gewicht is met 500 kg zeer laag, te vergelijken met een forse brommobiel. Ook de maximumsnelheid is met 40 km/uur lager zelfs dan die van een brommobiel. Voor vervoer binnen de stad zal dit kleine voertuigje voldoen, maar veel meer ook niet. Vergeet echter niet, dat met dit productieproces heel makkelijk en snel verbeteringen zijn aan te brengen. De weinig indrukwekkende voertuigjes van 2015 zullen zich razendsnel ontwikkelen tot goedkope, aantrekkelijke vervoersmiddelen, die het bestaande autofabrikanten heel lastig gaan maken.
Onderzoekers van het Howard Hughes Medical Institute, onderdeel van de Amerikaanse staatsuniversiteit University of Illinois at Urbana-Champaign, hebben een complex apparaat ontwikkeld waarmee moleculen in standaardstappen zijn te bereiden. Dit vereenvoudigt het experimenteren met nieuwe potentieel geneeskrachtige stoffen drastisch.
Tot voor kort was het een lastige klus om specifieke, iets ingewikkelder, chemische verbindingen te maken. De reden waarom bijvoorbeeld genetisch gemodificeerde bacteriën een belangrijke rol in de fijnchemie spelen. Grote moleculen, zoals lange eiwitketens, kunnen gemaakt worden door bouwstenen stap voor stap toe te voegen. Bij kleinere moleculen is dit vaak lastig. De traditionele methode is nogal ambachtelijk: een synthesepad bedenken en dan zuiveringsmethoden ontwikkelen, zodat je met de nodige moeite een zuiver eindproduct in handen krijgt. Dit verklaart mede waarom de ontwikkeling van nieuwe medicijnen een moeizaam proces is. Zelfs schaarse topchemici met jarenlange ervaring hebben er de handen vol aan om deze moleculen te bereiden.
De molecuulprinter is in dit stadium een hels ingewikkeld apparaat.
Het proces is vooral interessant om kleine moleculen uit levende organismen synthetisch te kopiëren. Veel medicijnen zijn afgeleid van door planten, schimmels, bacteriën of andere levende organismen geproduceerde stoffen. Het team analyseerde duizenden van dergelijke verbindingen en ontdekte dat enkele honderden, ‘bouwstenen’ keer op keer voorkomen in deze verbindingen. Elke ‘bouwsteen’ heeft twee chemische ‘verbindingsstukken’ waar met behulp van een vrij simpele standaardreactie, deze aan de verbindingsstukken van een andere bouwsteen kan worden geplakt. Zo kunnen, stap voor stap, alle denkbare moleculen van biologische oorsprong worden gefabriceerd.
Met het systeem zijn veertien groepen stoffen gecreëerd, variërend van vrij eenvoudige, rechte moleculen tot ingewikkelder moleculen met veel zijtakken en ringen. Het systeem is nog verre van volmaakt, maar volgens de wetenschappers is nu een ‘roadmap’ opgesteld om een werkende molecuulprinter te synthetiseren. Als deze belofte werkelijkheid wordt, zou dit uitermate goed nieuws zijn: een stof waarvan de medische werkzaamheid is aangetoond, kan dan in zeer korte tijd in klinische tests worden onderzocht en in productie worden genomen. Uiteraard geldt dat ook voor andere toepassingen. In principe is de atomaire legodoos van Moeder Natuur nu veel toegankelijker geworden. Werkt het apparaat eenmaal goed, dan kan je elk denkbaar molecuul maken.
In deze documentaire worden de activititeiten beschreven van het gevreesde collectief Defense Distributed, dat het eerst 3D geprinte geweer ooit ontwikkelde. Wapenverboden worden steeds zinlozer. Zal onze maatschappij ingrijpend veranderen als wapens makkelijk verkrijgbaar worden voor iedereen?
Eerst een met een metaal-3D printer geprinte revolver, door de fabrikant als een proof of concept gebouwd om aan te tonen hoe sterk hun geprinte waren wel niet zijn..
Dit 3D geprinte plastic geweer, de Liberator, kan een dodelijk schot afvuren.
DE gevolgen vn vrij wapenbezit zijn niet te onderschatten. Veel van de macht van de overheid is namelijk afkomstig van het zogeheten geweldsmonopolie, of zwaardmacht. Alleen politie en leger mogen wapens gebruiken. Hoe zal onze maatschappij veranderen als iedereen zijn eigen vuurwapen uit de printer kan halen? Gesteld uiteraard dat er patronen zijn. Gelukkig zijn deze veel moeilijker om te maken.
Met een consumenten-3D-printer, waarmee kleine plastic voorwerpen kunnen worden geprint, kunnen consumenten voor duizenden euro’s aan inkopen besparen. Aldus enkele onderzoekers, die heel representatief op Google Store nazochten wat huishoudartikelen op 3D-ontwerpensite Thingiverse eigenlijk bij de commerciëlen kosten. Hoe zal straks de economische voedselketen er uit zien?
Zijn 3D printers de investering waard?
3D-printers vragen het nodige: naast de (pittige) aanschafprijs van minimaal rond de duizend euro tot prijzige ABS- of PLA- (polymelkzuur; biologisch afbreekbaar) invoerstrips, reken rond de 20 euro tot 50 dollar per kilo en natuurlijk de kosten voor de elektriciteit, die op een verbruik van enkele honderden watt gedurende het printen (al gauw enkele kWh per print) komen. Daar staat tegenover dat 3D-printen een urenlange zoektocht over internet of nog erger: bij de gespecialiseerde vakhandel, overbodig maakt. Een andere prettige bijkomstigheid is dat de eigenschappen van het voorwerp door de consument achter zijn computergerei bijgeschaafd kunnen worden. Erger je je kapot aan die smakeloze Disneycartoon op je afwasborstel en vind je jezelf het hoogtepunt van de schepping? Dan print je er toch het hoofd van jezelf op. Of dat van iemand anders, of je overleden hondje. Op je wc-borstel kan je dan weer de tronie van Hitler of een andere favoriete bad guy printen.
Continuum Fashion (bron) ontwierp deze 3D geprinte schoen.
Om eerlijk te zijn vraag ik me dus af of deze onderzoekers wel gelijk hebben. Waarschijnlijk is de verleiding gewoon te groot om compleet nutteloze, bizarre dingen te ontwerpen. Waarschijnlijk zal er een grote markt zijn voor een apparaatje dat gebruikt plastic weer om kan zetten in strips. Toch lijkt de 3D-printer een blijvertje, omdat het een enabling technologie is. Het apparaat vervangt in zekere zin een complete fabriek. Ook maakt het dingen mogelijk die hiervoor onmogelijk werden geacht, zoals het fabriceren van biologisch gestructureerde ingewikkelde donororganen met de cellen van de patiënt.
Verdienmodellen
Een andere interessante vraag is wie het meeste zal profiteren van de 3D printmarkt. Bij 2D printers waren dit de leveranciers van printerinkt; bij pc’s wordt de meeste winst gemaakt door de leverancier van het operating system en gebruikssoftware. Waarschijnlijk zal dit bij 3D printers het printmateriaal zijn. Op dit moment lijkt zich een standaard te ontwikkelen rond het gebruik van de plastics ABS en PLA.
ABS en PLA
Er is geen fabrikant die het monopolie bezit van ABS. In overige toepassingen wordt ABS steeds meer vervangen door de veel minder giftige plasticsoorten polystyreen en polypropeen[2]; gezien de giftige gassen die vrijkomen bij het verwerken van ABS lijkt dit ook met 3D printers te gaan gebeuren.
Het biologisch afbreekbare polymelkzuur (PLA) lijkt betere ogen te gooien. Nadeel van PLA is de hogere prijs per kilogram en dat PLA door slechts twee grote fabrikanten wordt gefabriceerd (waaronder een DSM-dochter). Ook is ABS flexibeler en taaier dan PLA. Belangrijkste nadeel van PLA is de lage glas-transitietemperatuur, m.a.w. de temperatuur waarbij het zacht wordt, rond de 50 graden. Giet dus geen hete koffie in je PLA-kopje. Er bestaan echter PLA-types (zoals een 50:50 mengsel van linksdraaiende en rechtsdraaiende varianten PLLA en PDLA) die pas rond de 110 graden of meer zacht worden. Insiders verwachten daarom dat PLA steeds meer gebruikt zal worden. [3] 3D printing is volop in ontwikkeling; de kans is dus terdege aanwezig dat er beter geschikte materialen worden ontwikkeld dan deze twee.
Een kort TED filmpje van minder dan 6 minuten waarin Bastian Schaefer de toekomst van vliegtuigen bouwen bekijkt door de technologie van het 3D printen.
Designer Bastian Schaefer shows off a speculative design for the future of jet planes, with a skeleton inspired by strong, flexible, natural forms and by the needs of the world’s, ahem, growing population. Imagine an airplane that’s full of light and space — and built up from generative parts in a 3D printer.
Bastian Schaefer and a team of designers at Airbus have been imagining the high-concept future of the jet airlplane — in a future with less fuel and more passengers.
Hoeveel jaar zal het duren voordat de eerste 3D geprinte auto`s rondrijden en vliegtuigen rondvliegen?
