Dalla diagnostica per immagini un’innovazione delle stampanti 3D

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Innovazione nella stampa 3D CAL volumetric fabrication. DOI: 10.1126/science.aau7114

Fan di Star Trek a raccolta: il replicatore” è realtà!

Purtroppo, non stiamo parlando del “replicatore di materia a matrice molecolare”, tecnologia fantascientifica dell’universo di Star Trek che ricrea istantaneamente qualsiasi varietà di cibo o oggetto inanimato, tuttavia il richiamo è talmente forte da venire soprannominato così dai ricercatori che l’hanno inventato.

Si scrive “replicatore” si legge “stampante 3D”

Nelle stampanti 3D attualmente in commercio, l’oggetto desiderato viene creato depositando vari strati di resina che man mano si solidificano.

Nel “replicatore” l’oggetto viene creato in toto nell’arco di pochi secondi e l’idea alla base del progetto viene da uno strumento molto utilizzato nel campo della diagnostica per immagini, la tomografia computerizzata (TC).

Nella TC, il paziente (posto sul lettino) passa attraverso l’anello del gantry: in questo anello trovano alloggio il tubo radiogeno (che emette il fascio di radiazioni che attraversa il paziente) e, diametralmente opposti al tubo, i rilevatori (la cui funzione è rilevare il fascio di radiazioni e la sua attenuazione, risultante delle strutture anatomiche appena attraversate).

Durante la procedura, mentre il lettino fa scorrere il paziente attraverso l’anello del gantry, il tubo radiogeno e i rilevatori roteano all’interno dell’anello (così da formare un’ellittica attorno al paziente), ottenendo così una scansione a spirale e ad elevata risoluzione della porzione anatomica da indagare.

Il “replicatore” lavora come la TC, ma in maniera opposta: anziché roteare o muoversi, l’emettitore è fisso, mentre a roteare è il “lettino” – o meglio – un contenitore di resina all’interno del quale viene stampato l’oggetto.

Inoltre, se nella TC l’immagine radiologica è il prodotto finale, in questa nuova metodica l’immagine è il prodotto iniziale dell’intera procedura.

Il procedimento, infatti, comincia dal modello 3D computerizzato dell’oggetto da stampare: questo viene scomposto in tante immagini 2D (ognuna delle quali ritrae l’oggetto come se inquadrato da varie angolazioni) le quali, poi, vengono proiettate sul cilindro contenente la resina.

Le immagini 2D, proiettate in sequenza verso il contenitore di resina, creano al suo interno una sorta di “video” dell’oggetto che rotea a 360°: collimando la sequenza di immagini con la velocità di rotazione del contenitore è possibile “ricostruirle” al suo interno, permettendo solo ad alcune parti di resina (quelle colpite dalle immagini proiettate) di solidificarsi e ottenendo, come risultato finale, l’oggetto desiderato.

Ciò è possibile grazie al particolare tipo di resina utilizzata: l’acrilato.

L’acrilato, infatti, è fotosensibile, ciò significa che quando viene colpito da una determinata quantità di fotoni va incontro a polimerizzazione (le molecole di cui è composto si legano l’un l’altra, formando lunghe catene) e si solidifica.

Le porzioni di acrilato non colpite dal fascio di luce, invece, rimangono allo stato liquido pronte per essere riutilizzate: così facendo si abbattono gli sprechi e, modulando il fascio di luce proiettato, si possono creare oggetti del tutto fedeli al modello 3D.

Il processo, sebbene vada migliorato (attualmente è possibile stampare solo oggetti di piccole dimensioni), è molto promettente: non solo abbatte il tempo necessario per la stampa (tutti i processi durano tra i 30 e i 120 secondi), ma permette di avere oggetti ancora più precisi e dettagliati rispetto alle convenzionali stampanti 3D.

Quale impiego?

I ricercatori stessi hanno spiegato come questa invenzione possa essere un game changer, soprattutto in campo medico: grazie al “replicatore”, infatti, sarebbe possibile creare protesi molto dettagliate, a basso costo e nel giro di pochissimo tempo.

Lo stesso strumento che ha ispirato questa invenzione, la TC, potrebbe lavorare di concerto col “replicatore” nella creazione di protesi sempre più adatte al paziente, fornendo (grazie all’elevata risoluzione) una ricostruzione tridimensionale e computerizzata della struttura anatomica da stampare quasi del tutto identica a quella originale (e da sostituire), facilitando così il decorso post-operatorio e la riabilitazione del paziente.

A questo link, un video esplicativo della procedura (in inglese).

Fonte| Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction

Jacopo Castellese
Appassionato di scienza e tecnologia. Quando non sono impegnato in attività di reparto o di studio cerco sempre di tenermi aggiornato in modo da scardinare le false credenze che le pseudoscienze di oggi (o il dr. Google di turno) cercano di affermare.

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