Każdy z nas, w trakcie pracy laboratoryjnej zmaga się z różnymi problemami dnia codzienne jak brak stojaka z odpowiednia liczbą miejsc na eppendorfy, czy z połączeniem przewodów, które z wykorzystaniem standardowych złączek nie chcą się połączyć. To tylko nieliczne przykłady, które w pracy laboratoryjnej są niezwykle frustrujące i zabierają dużo czasu. Staje się to uciążliwe zwłaszcza, kiedy przełożony oczekuje na wyniki badań, albo termin na oddanie pracy się kończy. Może wydawać się śmieszne ale taka złośliwość rzeczy martwych często idzie w parze z sytuacją gdy staramy się zaimplementować coś nowego, coś czego jeszcze nikt nie robił w danym labie. W tym samym czasie zdajemy sobie sprawę, że cały ten proces może być nieproduktywny bo zaraz pojawią się trudne do pokonania problemy metodologiczne.

Rozwiązaniem wielu tych problemów technicznych w laboratorium mogłyby się zając drukarki 3D. Są one doskonałym i tanim narzędziem do tworzenia różnego rodzaju fizycznych prototypów, czy modeli. Jedynym zastrzeżeniem może być szybkość ich działania, ale w przypadku wykonania zlecenia zamówienia na zewnątrz drukarka 3D i tak będzie szybsza. Aby móc dla swojego wirtualnego prototypu stworzyć jego fizyczny model konieczne jest przygotowanie projektu w specjalnym programie typu CAD. Proces ten jest o tyle interesujący, że możemy zbudować jakikolwiek obiekt o dowolnej formie i złożoności. Części mechaniczne, projekty architektoniczne, niestandardowe podzespoły do naszych urządzeń – to tylko niektóre zastosowania drukarek 3D.

Typowym i najczęściej używanym formatem pliku do szybkiego prototypowania jest .stl. Został on specjalnie wykreowany pod systemy 3D i triangulację systemu siatek. Wygenerowanie specjalnego pliku do szybkiego prototypowania jest stosunkowo proste, jako że format ten obsługuje wiele prostych programów do modelowania 3D, CAD, aplikacje wizualizacji 3D, a także niektóre skanery 3D.

Szybkie prototypowanie pozwala na tworzenie bardzo złożonych powierzchni poprzez proces szybkiego dodawania (z ang. additive manufacturing). Materiał jest selektywnie dodawany do powstającego prototypu warstwa po warstwie. Również druk w kolorze nie stanowi żadnego problemu. Kolorowe podzespoły i konkretne części stałe mogą zyskać barwę poprzez zamianę różnych materiałów oraz ich właściwości.

Druk 3D posiada liczne zalety. Samo wykonanie prototypu jest szybkie. Druk może trwać od kilku godzin do kilkunastu dni. Sam proces jest wysoko zautomatyzowany i pozwala na wytworzenie produktu bez wcześniejszego używania skomplikowanych wzorów i konieczności ciągłego nadzoru pracy drukarki. Szybkie prototypowanie ma zdolność do pracy przy niskich kosztów własnych. Niskie koszty szybkiego prototypowania pozwalają na tworzenie modeli rzeczy niedostępnych na rynku, jak np. niestandardowe części, uchwyty, podzespoły i wiele innych.

Genetyka

Przełomowym wynalazkiem może okazać się projekt Cambrian Genomics z San Francisco. Są oni w trakcie tworzenia pierwszej na świecie drukarki DNA. Obecnie koszt syntetycznych manipulacji na materiale genetycznym jest ciągle wysoki (mimo ciągłego spadku cen). Stanowi to barierę w tworzeniu nowych konstruktów genetycznych, a nawet organizmów. Koszty syntezy DNA de novo przy wykorzystaniu obecnej technologii szacuje się na niewiele mniej niż 1 dolara za parę zasad azotowych, co łatwo sobie przeliczyć na koszt syntezy materiału genetycznego mikroorganizmów, a w przypadku takich genomów jak ludzki ciężko wyobrazić sobie wydatek rzędu ok. 2,5 mld dolarów. Nowa technika syntezy DNA poprzez druk 3D ma być 10 000 razy tasza od obecnej. Główną zaletą nowopowstałej maszyny ma być unikanie powstających błędów. Ułatwić ma to produkcja miliardów nici jednocześnie oraz superszybki laser wybierający właściwe sekwencje, następnie ich łączenie. Zmniejszenie kosztów manipulacji kwasem deoksyrybonukleinowym nie dość, że może pozwolić na zniwelowanie błędów, ale również może być zalążkiem wielu przełomowych odkryć w dziedzinie biotechnologii.

Kontrola czystości

Zarówno przemysł farmaceutyczny jak i produkcja specjalnych substancji chemicznych wymaga stosowania komponentów o najwyższej czystości. Rygorystyczne normy panujące w wielu branżach mogą być spełnione poprzez rozwiązania typu technologie elektretów, mikroporowate membrany, węgiel aktywny bądź włókniny, które służą do filtrowania cieczy oraz gazów. Ma to zastosowanie również w respiratorach, maskach oddechowych, domowych i samochodowych filtrach powietrza, domowych systemach uzdatniania wody, systemy wykrywania, identyfikacji i oceny ilościowej patogenów co może mieć zastosowanie zarówno w szpitalach jak i laboratoriach medycznych, klinikach i zakładach przemysłu spożywczego.

Oczyszczanie substancji

Druk 3D może zrewolucjonizować branżę kolumn chromatograficznych. Zaprojektowanie unikalnych złóż chromatograficznych wykorzystywanych w procesie ultrafiltracji może stanowić przełomowy element dla całej branży i postępu w pracach badawczych gdzie wykorzystuje się sita molekularne. Obecnie dostępne na rynku złoża chromatograficzne uchodzą za drogie, zwłaszcza gdy muszą one spełniać specjalne wymagania. Drukowania 3D używa się w celu tworzenia porowatego nośnika z precyzyjnie określonym składem, bezpośrednio z wcześniej stworzonego modelu w CAD zwracając dokładną uwagę na przepuszczalność, współczynnik filtracji oraz porowatość. Proces ten może być stosowany zarówno w skali analitycznej, laboratoryjnej jak i przemysłowej. Przy wykorzystaniu odpowiedniego materiału oraz odpowiednio zaadaptowanej do tego drukarki możemy stworzyć zarówno gotową do rozdziału, w pełni funkcjonalną kolumnę, jak i bazę do dalszych modyfikacji.

”Drukarki 3D stanowią bardzo atrakcyjne narzędzie dla naukowców, którzy często na realizację swoich pomysłów mają ściśle określony budżet, w którym nie ma funduszy na niestandardowe pomysły. Dodatkowo pozwalają na znaczne skrócenie czasu niezbędnego na dostarczenie niestandardowych elementów, których wykonanie często jest kosztowne, a jakość usługi pozostawia wiele do życzenia. Moim zdaniem w ciągu kilku lat w większości laboratoriów badawczych będzie dostępna drukarka 3D, która pozwoli na szybką realizację nietypowych projektów, a tym bardziej będzie stanowić punkt zaczepienia dla innowacyjnych pomysłów studentów, których budżet na badania często jest niższy niż pracowników naukowych” – podsumował mgr Dawid Stefaniuk z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie.