Возможности 3D-печати: от сувениров до человеческих органов

3D-принтер осваивают во всех сферах – от машиностроения до медицины. По оценкам ученых, в скором времени с помощью технологий 3D-печати можно будет создавать донорские органы. Более того, они уже печатаются, правда, пока только в качестве эксперимента для подопытных животных. Informburo.kz рассказывает о том, как работают 3D-принтеры, где их применяют и зачем в Казахстане было собрано своё устройство.

Когда и с чего всё началось?

3D-печати больше 30 лет: в 1984 году американская компания Charles Hull впервые заявила о разработке технологии для воссоздания реальных объектов, используя цифровые данные, а буквально спустя два года выпустила первый 3D-принтер под названием Stereolithography Apparatus.

Впрочем, это были лишь первые шаги. Прежде чем из 3D-принтера вышел первый автомобиль, прошло больше двадцати лет. Лишь в 2010 году изобретатель Джим Кор явил миру трёхколёсную машину Urbee-2, детали которой были распечатаны. В этом же 2010 году 3D-принтер принёс первые зримые результаты и в медицине – компания Organovo, Inc. объявила о создании путём биопечати первых кровеносных сосудов.

Конечно, речь идёт не об одном универсальном 3D-принтере, который печатает любые объекты. Технологий печати очень много, но ещё больше их названий, так как разработками в этом направлении параллельно занимаются компании во всём мире, и каждая спешит закрепить за собой право на первенство даже в мелочах, придуманных именно её сотрудниками.

Единственное, что объединяет 3D-принтеры всех моделей и компаний производителей – это принцип их работы, который заключается в производстве объёмного продукта, спроектированного в специальных трёхмерных программах на компьютере.

Что печатают?

Большие возможности технологии 3D-печати открыли для развития медицины. С помощью специальных принтеров уже изготавливают макеты протезов. Некоммерческая организация Орeratiоn оf Норе смогла восстановить часть лица пациента с повреждённой челюстью. Сначала медики провели компьютерную томографию, затем преобразовали полученные изображения в трёхмерные данные и в итоге напечатали модель челюсти на 3D-принтере так, чтобы с её помощью можно было полностью реконструировать лицо. Операция, продлившаяся 12 часов, завершилась успешно.

В 2013 году китайские учёные начали печатать уши, печень и почки из живой ткани. Это стало возможно благодаря разработкам исследователей Ханчжоу Dianzi университета, которые создали 3D-биопринтер Regenovo. Разработчики прогнозируют, что полностью функциональные печатные органы, вероятно, будут созданы в течение ближайших десяти-двадцати лет.

В 2016 году в Сколково заявили о том, что щитовидная железа, напечатанная на российском 3D-принтере, имплантирована и успешно функционирует в организме лабораторной мыши. Далее разработчики намерены попробовать печатать другие органы, в том числе почку и печень.

Медициной возможности печати не ограничиваются. В Эмиратах, к примеру, напечатали на специальных 3D-принтерах пальмы с солнечными батареями – это своего рода фонарные столбы, только сделанные в виде экзотических деревьев. Получить необычный дизайн помогли как раз технологии 3D-печати. Для их изготовления в качестве материалов были использованы бетон и волоконно-армированный пластик, что в итоге позволило создать прочные конструкции, защищённые от воздействия ультрафиолетового излучения и влаги. Столбы привлекают внимание прохожих не только оригинальностью своего дизайна, но и тем, что бесплатно раздают Wi-Fi, а также позволяют подзарядить телефон.

Технологию печати револьвера на 3D-принтере представил американский студент. Будущему инженеру впервые удалось полностью, за исключением мелочей, изготовить самовзводное оружие при помощи технологий 3D-печати и тем самым в очередной раз доказать, что сделать настоящее оружие в домашних условиях вполне реально. Автор идеи буквально в деталях расписал, какую деталь и как печатать, а также какие патроны использовать. Пистолет, конечно, не отличается самым мощным выстрелом, зато выглядит вполне внушительно.

Велосипеды на 3D-принтерах печатают многие компании мира, однако люксембургская Еuroсоmpositi пошла дальше всех и придумала, как это делать из экологически чистого материала. Раму для Вhulk они напечатали из так называемого биоразлагаемого пластика, при этом усилий, времени и энергии затратили меньше, чем требуется для обработки металла.

В 2016 году состоялось открытие первого в мире здания, напечатанного на 3D-принтере – офиса Dubai Future Foundation. Год спустя дом, полностью напечатанный на 3D-принтере, возвели в подмосковном Ступино. Он был целиком напечатан на стройплощадке, а не собран из деталей, созданных в заводских условиях. Американская компания Apis Cor сумела построить дом с помощью 3D-принтера площадью 38 квадратных метров. он был построен всего за сутки и, по словам представителей компании, здание сможет простоять минимум 175 лет. Цена такого дома составила 10 134 доллара.

Казахстанские разработки

В Казахстане разработками в области 3D-печати занимается Петропавловский завод имени Кирова. Предприятие, специализирующееся на производстве различного оборудования, в этом году на форуме машиностроителей презентовало свой 3D-принтер.

По словам разработчиков, уникальность их детища заключается в особой выносливости: принтер может печатать на протяжении двух или даже трёх суток непрерывно, и это никак не отразится на качестве конечного результата – продукт выходит с точностью до 0,05 миллиметра, чего не скажешь об аналогах. Размер детали, которую способен "напечатать" отечественный принтер, ограничен 30 сантиметрами в длину, ширину и высоту.

Области применения казахстанской разработки, предположительно, две. Первая – научно-образовательная: один принтер уже опробовали ученики Назарбаев интеллектуальной школы Петропавловска. С его помощью, к примеру, можно печатать детали для робототехники, макеты домов или автомобилей. Вторая область применения – профессиональная. Речь о создании макетов отдельных запчастей для целых механизмов, таких как редукторы.

Если механизм из пластмассы окажется жизнеспособным, то его можно будет делать и из металла, правда, уже не на 3D-принтере, а на специальных станках. Из видимых недостатков отечественного принтера – способность печатать только в одном, заданном цвете. Однако в будущем разработчики планируют устранить эту недоработку. Цена принтера около 700 тысяч тенге, количество ограничено пробной партией.

3D-производство – новый вид бизнеса

Крупные бизнесмены уже взяли на вооружение и активно внедряют технологии 3D-печати в своих производствах, теперь очередь за средними и мелкими предпринимателями. Это широкое поле для деятельности: печатать можно буквально всё – сувениры, детские игрушки, дизайнерскую обувь по индивидуальному заказу, чехлы для смартфонов и планшетов, бижутерию, посуду, новые детали для бытовой техники взамен изношенных и даже мини-копии людей, созданные по их фотографиям.

Использование 3D-принтеров удобно ещё и потому, что продукцию не нужно печатать в избытке, достаточно выполнять конкретные заказы, таким образом, на складах не будет остатков товара.

3D-принтеры можно приобрести в интернете у компаний-производителей, которых немало, однако, как отмечают специалисты, если покупатель рассчитывает изготавливать уникальные качественные изделия, то модели стоимостью меньше 1000 долларов рассматривать не рекомендуется. Принтеры такой ценовой категории печатают детали размером до 12 кубических сантиметров Чтобы напечатать детали объёмом до 30 кубических сантиметров и весом до 5 килограммов, придётся заплатить 3000 долларов. Впрочем, и это не предел – чем аппарат совершеннее, тем дороже.

Когда 3D-принтеры будут массово внедрены, больше творческих людей получат возможность самостоятельно реализоваться и развиваться, зарабатывая, занимаясь любимым делом. Помимо этого востребованными станут дизайнеры и инженеры, которые могут работать с программами трёхмерного моделирования.