Fot. University of Texas w Austin

Rozwiązanie opracowano na Uniwersytecie Teksasu w Austin we współpracy z Sandia National Laboratories. Podstawą metody jest precyzyjna kontrola procesu polimeryzacji podczas druku 3D poprzez modulację natężenia światła. Zespół określa tę technikę jako CRAFT (Crystallinity Regulation in Additive Fabrication of Thermoplastics), podkreślając, że nie wymaga ona stosowania wielu materiałów ani skomplikowanych modyfikacji sprzętowych. W tradycyjnych technologiach druku 3D różnicowanie właściwości mechanicznych obiektu osiąga się zwykle poprzez użycie kilku materiałów lub wieloetapowy montaż. W podejściu CRAFT cały obiekt powstaje z jednej żywicy polimerowej, natomiast jej struktura wewnętrzna zmienia się lokalnie w zależności od dawki światła zastosowanej w danej warstwie. Fragmenty naświetlane intensywniej charakteryzują się większą krystalicznością i twardością, podczas gdy obszary poddane słabszemu naświetleniu pozostają bardziej miękkie i elastyczne. Demonstracyjnym przykładem możliwości tej technologii jest model ludzkiej dłoni, w którym w jednym wydruku odwzorowano elementy przypominające skórę, ścięgna, więzadła oraz struktury kostne. Poszczególne części różnią się nie tylko wyglądem, ale także reakcją na nacisk i zginanie. Dzięki temu model nie przypomina klasycznej, jednorodnej plastikowej makiety, lecz oddaje zróżnicowaną mechanikę rzeczywistej dłoni.

Proces druku realizowany jest przy użyciu drukarek 3D typu DLP lub LCD, które wykorzystują projekcję światła do utwardzania żywic fotopolimerowych. Jeśli chodzi o metodę CRAFT, podstawą jest możliwość dokładnego sterowania skalą szarości obrazu wyświetlanego w trakcie druku, co pozwala regulować stopień utwardzenia materiału w mikroskali. Autorzy rozwiązania podkreślają, że technologia jest kompatybilna z urządzeniami dostępnych komercyjnie, w tym drukarkami o stosunkowo niskim koszcie. Jednym z głównych kierunków zastosowania realistycznych modeli anatomicznych jest edukacja medyczna. Modele tego typu mogą służyć do nauki anatomii, ćwiczenia procedur manualnych oraz treningu chirurgicznego. W przeciwieństwie do standardowych plastikowych modeli, które są mechanicznie jednorodne, wydruki uzyskane metodą CRAFT pozwalają lepiej odwzorować różnice pomiędzy tkankami, co może mieć znaczenie w nauczaniu palpacji, szycia czy manipulacji narzędziami chirurgicznymi.

Zastosowania tej technologii nie ograniczają się jednak do medycyny. Możliwość projektowania obiektów o zróżnicowanej twardości i elastyczności w ramach jednego elementu może znaleźć zastosowanie w inżynierii materiałowej, w tym projektowaniu elementów ochronnych, amortyzujących oraz konstrukcji inspirowanych rozwiązaniami spotykanymi w przyrodzie. Naturalne struktury często łączą warstwy o odmiennych właściwościach mechanicznych, co zwiększa ich trwałość i odporność na uszkodzenia. Twórcy metody zwracają również uwagę na potencjał technologii w kontekście zrównoważonej produkcji. Ponieważ cały obiekt powstaje z jednego materiału, możliwe jest jego późniejsze przetworzenie lub ponowne wykorzystanie surowca. Upraszcza to proces recyklingu w porównaniu z obiektami wielomateriałowymi, które wymagają rozdzielania komponentów. Choć opracowana metoda została pokazana na przykładzie modelu dłoni, jej wynalazcy wskazują, że może być stosowana do wytwarzania wielu innych obiektów wymagających precyzyjnej kontroli właściwości mechanicznych w obrębie jednego wydruku.