לא רק לב מודפס: כך ייראה העולם בתלת מימד

כך מדפיסים היום איברי אדם, ואפילו לב שעתיד להשתלב בגוף האדם בחכמה – כבר הודפס במדפסת תלת מימד • מה צופן העולם העתידי של מדפסות תלת המימד? • הצצה אל העולם התלת מימדי של ענפים שונים, מהרכב ועד הנדל"ן • כתבה ראשונה בסדרה

הדפסה איכותית וקלה במינימום מחיר. מדפסת תלת מימד דגם Creality3D Ender 3 | צילומסך: יוטיוב

מערכות הדפסה בתלת מימד שפרצו לחיינו בשנים האחרונות משנות סדרי עולם בכל תחום שהן נכנסות אליו. מתחבורה ועד אדריכלות, מתכשיטנות ועד תעופה ומרפואה ועד למבנים וגשרים.

מאות חוקרים, מהנדסים כימאים ואפילו ביולוגים חוקרים את התחום במעבדות מתקדמות ומושקעות ברחבי העולם ופורצים דרכים חדשות בעולם התעשייה, הרפואה, הייצור והבנייה. בסדרת הכתבות הקרובה נסקור את מרבית התחומים בהם פועלים במרץ מדפסות התלת מימד בדרך למהפכה הבאה.

אחד התחומים המתקדמים כאמור, הוא רפואה, והחידושים האחרונים יכולים להיכנס להגדרה של דמיוניים או מפחידים. על פי ההתקדמויות בתחום, הסיכוי שביום מן הימים ייצא מן המכונות גולם מפראג כבר אינו מופרך. הוא אמנם לא יציל אותנו מעלילות דם אבל הוא בהחלט יהיה יכול לבצע עבורנו את כל עבודות הבית או ברמה הצבאית – ללחום מול החיזבללה או החמאס. שוב לא נזיל דמעה כשיחטפו לנו איזה חייל רובוטי או שניים.

נתנו את הלב

מסיבת העיתונאים שהציגה את הלב הראשון שמודפס בתלת מימד הייתה בהחלט אבן דרך גדולה במסלול הדפסת האיברים שהולך וצובר תאוצה בשנים האחרונות. הדפסות של כבד, כליות, קרנית, עצמות, אוזניים או עור הם כבר לא מילות גנאי והמומחים בתחום אומרים שההתפתחויות בתחום יקצרו בהרבה את רשימות ההמתנה הארוכות להשתלות איברים ברחבי העולם.

הגורם השני למוות, לאחר הסרטן הם מחלות הלב והיוו בשנת 2013, כ-16% מכלל מקרי המוות בישראל, כך על פי נתוני משרד הבריאות. צוות חוקרים מאוניברסיטת תל אביב שהציגו את הטכנולוגיה המהפכנית שלהם, חוללו הפתעה בקרב העוסקים בתחום. סרטון שפורסם, מראה טכנולוגיה המשתמשת במדפסת תלת-מימד כשהיא בונה את האיבר על בסיס הרקמות שנלקחו מחולה.

פרופסור טל דביר, ראש המחלקה שהגיע להישג ההיסטורי, אמר במסיבת העיתונאים: "מאז הומצאה הטכנולוגיה של הדפסה בתלת-מימד מנסים חוקרים בכל העולם להדפיס באמצעותה, בין היתר, רקמות ואיברים להשתלה. אנחנו פיתחנו טכנולוגיה חדשה, שנותנת מענה לחלק ניכר מהקשיים שהתעוררו בדרך".

הוא הסביר שלצורך המחקר, עשו החוקרים שימוש ברקמת שומן שנלקחה מחולה, והפרידו בין תאי השומן לבין חומר חוץ-תאי שתומך בתאים. לאחר תהליך חדשני מתחום ההנדסה הגנטית, הפכו החוקרים את תאי השומן לתאי גזע, ומתוך תאי הגזע הם הפיקו תאים פעילים של שריר לב ותאים המאפשרים ליצור מהם כלי דם.

הלב המודפס | צילום: אוניברסיטת תל אביב

מהחומר החוץ תאי שהופרד מתאי השומן הם יצרו 'ביו דיו' שאמור להיות ה'דיו' בתהליך ההדפסה. במקביל הם לקחו הדמיית אמ. אר. איי. וסי. טי. של לב האדם הפכו אותה לתוכנית הדפסה ככל מוצר אחר שמדפיסים במדפסות אלו והכניסו את החומרים אל המדפסת אשר הדפיסה את האיבר המבוקש: לב האדם.

עוד הסבירו כי לב המודפס בדרך זו, נלקח בדרך כלל מתאים צעירים ביותר, ולאחר התהליך הם נראים כמתכווצים ומדמים את התכונות של תאי לב אמיתיים. בשלב הבא, יעבדו החוקרים על גידול הלב בסביבה ייחודית שתאפשר לתאים הצעירים להפוך לתאי לב בוגרים. בשלבים הבאים שעל פי החוקרים יקרו כנראה עוד השנה, ניתן יהיה לראות את הלב כשהוא מסוגל 'ליצור קשר' עם סביבתו – ולאחר מכן הם ינסו לשתול את הלבבות מודפסים האלה בבעלי חיים.

ללא דחייה, ללא דיחוי

הניסוי פורץ הדרך התבצע על ידי הדוקטורנט נדב נור וד"ר אסף שפירא במעבדתו של פרופ' דביר בפקולטה למדעי החיים, בשיתוף המחלקה להנדסת חומרים בפקולטה להנדסה ומרכז סגול לביוטכנולוגיה. "השיטה שפיתחנו מאפשרת להדפיס לב בכל גודל רצוי, ומכיוון שהלב המודפס מיוצר מרקמות של החולה עצמו, הגוף לא ידחה אותו", אמר ראש המחלקה, פרופ' דביר.

"יותר מכך, השיטה מאפשרת למעשה להדפיס כל איבר הנדרש להשתלה, ואנחנו מאמינים שהיא פותחת פתח לטכנולוגיות עתידיות, שייתרו לחלוטין את הצורך בתרומות איברים. כשחולה יזדקק להשתלה, תילקח מגופו רקמה, וממנה יודפס איבר מתאים בגודלו ובתכונותיו, שיושתל בגופו".

כבר היום מעריכים החוקרים כי בתוך עשר שנים הטכנולוגיה שתתפתח עוד ועוד תאפשר לכל חולה להדפיס את האיבר או הרקמה שהוא זקוק להם, מרקמות שיילקחו מגופו. לאחר שיקנה את האיבר שהוא זקוק לו במעבדת איברים, ייגש החולה למרכז ההשתלות המשתלם ביותר ויוכל לחזור לעבודתו ולביתו בתוך זמן קצר.

כיצד זה עובד?

מהפכת הייצור בהדפסה בתלת מימד מכונה בעולם 'המהפכה התעשייתית הבאה'. מהפכה תעשייתית מתרחשת בדרך כלל כאשר ישנו שינוי מהותי בתהליכי הייצור. כך לדוגמה החלה המהפכה התעשייתי הראשונה כאשר הומצא מנוע הקיטור שאפשר לאנשים לנוע מהר יותר ממקום למקום. גם המצאת החשמל הביאה למהפכה תעשייתית כאשר הייצור המסורתי שהיה ידני במשך שנים רבות הפך לממוכן וסדרתי יותר.

כדי להבין טוב יותר כיצד הדברים עובדים נתאר ייצור של מפתח שוודי או בשמו העברי 'מפתח ברגים'. המפתח מורכב משלושה יחידות, אחת גוף המפתח, השנייה החלק שסוגר על האום או הבורג והחלק השלישי הוא הציר אותו מסובבים כדי להדק את המפתח על האום או הבורג.

כל חלק כזה יצוק בתבנית בנפרד כמו 90% מתהליכי הייצור כיום ופועלים אנושיים או מכונות מחברים בין חלקי המכשירים, המשחקים או במקרה שלנו בין שלושת חלקי המפתח.

הדפסה בתלת מימד עובדת בשיטת השכבות, היא יכולה להדפיס בו זמנית את שלושת חלקי המפתח זה בתוך זה מבלי שיהיה צורך להרכיבו לאחר מכן. שיטות ההדפסה הן רבות ותלויות בעיקר בחומרי הגלם מהן הן מייצרות. בפלסטיק לדוגמה ישנו כעין חדק דק בדומה לצינור הפליטה של הבטון המוציא חוט דקיק רך וחם של פלסטיק. החדק נע על צירי אורך, רוחב וגובה ועובד על פי התוכנית התלת מימדית שהזינו למחשב המפעיל את המדפסת.

מדפסת תלת מימד Replicator מהדור ה-5 של חברת MakerBot

בחומרים אחרים יוצקת המכונה כעין שכבות שכבות של חומר בהתאם לתוכנית ומדלגת על חללים במוצר או ממלא אותם בחומרי תמיכה אשר נמסים בחומרים כימיים לאחר גמר הייצור. באופנים אלו מדפסות תלת מימד יכולות לצקת, לייצר או בהגדרה החדשה 'להדפיס' את כלל חלקי המפתח מבלי שיהיה צורך לאחר מכן להרכיב את החלקים.

המהפכה עוד לא הושלמה

כמה קרוב היום בו יתייתרו מיליוני ידיים בסין ואת המוצר הבא נזמין לנו באופן אישי באתר או בחנות מתחת לבית? כבר שנים מבטיחים לנו שזה קורה תוך כמה שנים בודדות, אך יצרני המכונות עדיין מתמודדים עם תהליכי ייצור שמחייבים שימוש בחומרים שונים. ייצור בהזרקה דו-קומפוננטית מאפשר לייצר מבנה סינגולארי–יחיד, המורכב משני חומרים לפחות ולעיתים אף יותר.

בתהליך ניסיון לייצר מכשיר חשמלי פשוט ניסו החוקרים להשתמש במכונה אחת שתייצר הן את גוף המכשיר מבקליט, הן את החיווט משילוב של פלסטיק רך ונחושת את גוף החימום ופנים המכשיר ממתכת ואת הרגליות או הידיות מפלסטיק שאינו מעביר חום. הקושי עדיין רב והמרחק עד ליום שמכונות כאלו יעבדו בכל קניון או מרכז קניות, עדיין רחוק.

הדפסת תלת-ממד בקולגן אנושי. צילום: יח"צ

בשלב זה, הייצור בתהליכים דו-קומפוננטים רחוק מלהיות מושלם והדבר מעכב את השלמת המהפכה התעשייתית הבאה שתשלח לאבטלה מאות מיליוני פועלים ברחבי העולם ואולי טוב שכך.

בינתיים, עד שתושלם מהפכת הייצור משתמשים המפעלים ובעיקר מרכזי הפיתוח שלהם באפשרויות הדמייה מתקדמות ומדפיסות בתלת מימד אבות טיפוס במהירות עצומה. הדרך הקצרה כיום משלב ההמצאה ועד לייצור ראשוני – קצרה ביותר. תוכנת תלת מימד משוכללות כדוגמת Solidworks AutoCAD Inventor  Solid Edge (Sketchup משמשת בעיקר אדריכלים, ומעצבי פנים (אך גם מהנדסים ומעצבים), מאפשרות להרכיב את המוצר על גבי מסך המחשב לסובב את גלגלי השיניים שלו ולראות את כל החלקים נעים בצורה מושלמת.

כשהמוצר נראה מוגמר ונכון על גבי המסך הוא נשלח לייצור מהיר כאב טיפוס – כששוב מתבררת כאן ההצלחה הגדולה של ההדפסה התלת מימדית. בעבר, כדי ליצור אב טיפוס היה צורך לצקת כל חלק בפני עצמו או לשלוח אותו למפעלי CNC. כיום, מאפשרות המדפסות לייצר בתוך זמן קצר אב טיפוס על כלל חלקי המכשיר המתוכנן ולבחון במישוש האם הוא באמת מושלם כפי שהיה נראה על גבי מסך המחשב או בסרטוטים הרעיוניים הראשונים.

פחות חומר, יותר רכב

לפני כשנתיים הודיעה פורד על התחלת הבדיקות לייצור חלקי כלי רכב באמצעות הדפסות תלת-מימד. החברה אמרה אז שההמצאה שלה עשויה לשמש לייצור מכוניות 3D מודפסות, שיהיו גם קלות יותר מהמכוניות שמיוצרות בשיטות הישנות. חברות רבות הצטרפו אליה ובכל העולם נעשים ניסיונות להדפיס יותר ויותר חלקי רכב.

לפני כחודש הוצג הרכב הראשון שהודפס כמעט כולו במדפסת תלת מימד. כך, כמעט כל חלקיו – למעט המנוע ורכיביו, השלדה, החלונות והמושבים – יוצרו כל חלקי המכונית במדפסות תלת ממד. החוקרים והמפתחים מסרו כי שיטת הייצור הזאת הייתה יעילה במיוחד, ואפשרה להשתמש בפחות חומר וליצור רכב עמיד בהרבה פחות זמן.

אופנוע תלת מימד | צילום מסך מפרסום היצרנית, ביגראפ

בסקירות הבאות נספר לכם על חלקי עצמות שמודפסות בתלת מימד וכיצד השיטה עזרה להפריד בין שני תאומים סיאמיים שנולדו מחוברים בראש. נספר גם על הדפסות עור שיחליפו את השיטות הכואבות של השתלות העור כיום, על סריקות תלת מימדיות, על הנעליים החדשות שיוצאות ממדפסות תלת-מימד ועל מבנים וגשרים שנבנים במהירות ועתידים להחליף שיטות מסורתיות ועתיקות. כתבות ששווה להדפיס…

עד הכתבה הבאה, תוכלו להתנסות בעצמכם בהכנת דגם תלת מימדי בעזרת אחת מהתוכנות החינמיות המאפשרות מידול תלת מימדי, בהם: Fusion 360 ו-Onshape.

תגובה אחת ל: "לא רק לב מודפס: כך ייראה העולם בתלת מימד"

  1. יש לי מדפסת Artillery, מישהו מכיר אתר טוב להוריד קבצים להדפסה אני מוריד איפה שקניתי את המדפסת https://www.spider3d.co.il המאגר שלהם לא מספיק לי אשמח להמלצה 🙂

כתיבת תגובה