2017 год стал прорывным для технологий 3D-печати

Жилье и строительство

Этот год сделал печать ближе к обычным людям, к их ежедневной жизни, потому что идея о печати жилья начала медленно перемещаться в реальность. Сразу несколько проектов и компаний отчитались об успешном строительстве тестовых построек. Например, в апреле в МТИ показали роботизированнго строителя. Фактически это 3D-принтер, способный перемещаться в пространстве. За 13 часов он смог воздвигнуть пусть и не самое функциональное, но самое большое строение, напечатанное принтером.

Дальше становилось лучше. Дома, напечатанные принтерами приобретали более знакомые формы. Датская компания 3D Printhuset начала печатать в Европе офис-отель площадью 50 м², соответствующий строительным нормам. Что, важно — напечатанные ею дома будут введены в эксплуатацию, то есть это не экспериментально-выставочный продукт, а печатают их на принтерах, произведенных в Ярославле.

Строительная отрасль — одна из последних, которую ждет крупная технологическая революция. Мы писали, что строительство превратилось в тренд в Кремниевой долине, поэтому инвесторы активно вкладывают в развитие отраслевых технологий. По некоторым оценкам, с 2014 года объем венчурных инвестиций в строительство вырос на 420%. Значительная часть этих инвестиций пошла в том числе на развитие строительной печати.

При этом печатать начали не только дома, но и инженерные сооружения. В 2017 сразу в нескольких городах мира появились напечатанные на принтере мосты. Ситуация тут схожа с печатью жилья — мосты пока имеют больше идеологическую ценность. Вместо широких рек, их перекинули через ручьи в парках, но было важно начать. Так, Школа архитектуры и городского планирования шанхайского Университета Тунцзи представила первые в Китае напечатанные на 3D-принтере пешеходные мосты по 4 и 11 метров каждый. До них в Испании запустили мост длиной 12 метров, который тоже был напечатан.

После этого начали появляться более серьезные проекты. В Голландии открылся первый в мире бетонный мост для велосипедистов, напечатанный на 3D-принтере. Восьмиметровый мост легко выдерживает две тонны нагрузки и состоит из 800 слоев армированного преднапряженного железобетона. Чтобы напечатать сооружение понадобилось около трех месяцев.

В Швейцарии инженеры из Высшей технической школы строят трехэтажный дом с помощью роботов и 3D. В Японии собираются впечатывать квартиры в каркас небоскреба. В Саудовской Аравии планируют распечатать 30 млн м² жилья. А компания PassivDom уже использует 3D-печать для создания автономного жилья.

Медицина

Другая область, которая делает 3D-печать важной составляющей человеческой жизни — медицина. Известно, что одна из особенностей принтеров состоит в том, что они лишены ограниченности промышленных станков и других техник создания объектов. В аппарат можно загрузить самый фантастический чертеж, а спустя пару часов, он материализуется. Именно из-за этого печать стала так популярна в медицине. Только на принтере можно изготовить идеально подходящую таранную кость, коленную чашечку или даже сердце. Это и многое другое печатали в прошедшем году.

Например, ученые компании Sichuan Revotek и Университета Сичуань успешно имплантировали напечатанные на 3D-принтере кровеносные сосуды, сделанные из стволовых клеток, в тела 30 подопытных обезьян. Похожего достигли наноинженеры из Университета Калифорнии в Сан-Диего. Они тоже напечатали на 3D-принтере функциональные кровеносные сосуды — необходимый компонент искусственных органов. Наличие сразу большого числа подобных исследований позволяет предположить, что когда-то такие сосуды смогут точно появиться в человеке, избавив от ряда проблем со здоровьем.

Но печать не ограничена только сосудами. Были и другие примеры. В 2017 году американские исследователи впервые смогли напечатать синтетические хрящи на основе гидрогеля. Такие могут быть имплантированы на место коленного сустава, при этом они не уступают человеческим хрящам по прочности и эластичности. В Австралии печатают керамические импланты, которые ускоряют заживление костей, а после и вовсе срастаются с ними.

Для печати остается все меньше невозможного. Ученые готовятся к печати органов. Южнокорейские исследователи из Пхоханского университета науки и техники сделали печать кожи дешевле. Самые же смелые и уверенные в технологии ученые уже задаются вопросом, когда можно будет напечатать на 3D-принтере целого человека. А консалтинговая компания Gartner прогнозирует, что к 2019 году у каждого десятого больного в развитых странах уже будут напечатанные органы.

Аэрокосмическая отрасль

В небе и особенно в космосе печать должна экономить компаниям миллиарды долларов. Чего стоят только планы печатать жилье на Марсе или изготавливать необходимые инструменты из марсианской пыли. Без их реализации задуманные колонизационные миссии придется отложить на куда более поздний срок. Но 2017 год подарил концепты принтеров, способных печатать в вакууме, дал дорогу целому ряду идей о том, как печать поможет людям в космосе, как снизит затраты на транспортировку грузов. Главная идея космической экономии состоит в том, чтобы использовать местные материалы.

«Чтобы жить в местах, подобным другим планетам, где ресурсы ограничены, людям необходимо научиться использовать то, что предоставляют эти края в достатке, — объяснял научный сотрудник Северо-Западного университета в штате Иллинойс Рамиль Шах, который работает над созданием чернил для 3D-принтера из марсианской пыли. — Наши 3D-краски открывают возможность печать различные функциональные и инфраструктурные объекты, которые помогут обеспечить нормальную среду обитания вне Земли». Есть также планы, что в космосе принтеры будут печатать не только инструменты или жилье, но и самих себя. Подобные проекты поддерживаются в том числе NASA. Но стоит признать, что космос пока породил только концепты, а практическое применение печать уже нашла в авиастроении.

Хороший пример про экономию, которую несет 3D-печать, показала Boeing. Компания наняла норвежскую компанию Norsk Titanium AS и теперь экономит от $2 до $3 млн на производстве каждого самолета 787 Dreamliner. И эта экономия достигается только на печати титановых деталей, когда печать охватит больше узлов самолета, производство вновь подешевеет. Дальше больше. GE в середине года принялась за разработку технологии печати реактивных двигателей. Для этого ей пришлось создать самый большой в мире промышленный лазерный принтер. И она добилась успеха. Компания испытала турбовинтовой двигатель, треть которого напечатана на 3D-принтере. Количество деталей в печатном блоке удалось сократить в 70 раз (с 855 до 12), а время разработки двигателя — с десяти до двух лет. К успешному можно отнести проект австралийских инженеров. Они спроектировали, напечатали на 3D-принтере и испытали реактивный двигатель.

Отдельно можно упомянуть печать в малой авиационной технике — это дроны, квадрокоптеры. Тут, как и в других областях печать ускоряет производство и обеспечивает более современный и эффективный дизайн. Так, только с помощью печати Лаборатории AeroAstro, работающей в МТИ, удалось создать небольшой дрон «Firefly» для ВВС США. Это дрон-разведчик, который будет летать на скорости почти 1000 км/ч и собирать данные о расстановке сил противника. До титановой 3D-печати создать дрон таких размеров, с такими характеристиками было просто невозможно. К концу года и российские инженеры показали двигатель для дрона с напечатанными деталями.

Одежда и обувь

Печать не впечатляла бы так сильно, если бы не могла дать нам самые простые и необходимы вещи, то что можно надеть на себя, то что используешь каждый день. И на сегодняшний момент она открыла огромные возможности для крупных компаний. Теперь самые новые идеи можно переносить со стола дизайнера в производство за считанные дни. Adidas считают, что именно печать сделает так, что в их магазинах просто не останется устаревших вещей, все будут актуальны, а коллекции можно будет менять ежемесячно.

Отдельно стоит выделить обувь. Тут печать затрагивает не только удобство пользователя и скорость для производителя, но и социальные вопросы. Nike и Adidas одни из самых крупных работодателей в странах третьего мира. Приход роботов и принтеров оставит за бортом десятки тысяч людей. В свое время компании обвиняли в тяжелых условиях труда, теперь их обвиняют в том, что этого труда больше не будет. Но это не остановит прогресс. Nike уже сотрудничает с крупнейшими специалистами по автоматизации, чтобы ускорить производство кроссовок и снизить издержки, связанные с этим.

К 3D-принтерам в производстве кроссовок обратилась и компания Reebok. Она использует их, чтобы улучшить то, как кроссовок сидит на ноге. Печать позволяет отказаться от устаревших пресс-форм и уменьшает количество отдельных деталей, используемых в обуви. Из-за этого на производство одной пары тратится меньше времени. Похожая история с одеждой. Стартап Kniterate разработал домашнюю машину для «печати» одежды из различных материалов, которая легче в обращении, чем традиционные вязальные машины и дешевле, чем промышленное оборудование. А в одном из магазинов Adidas уже можно создать одежду с помощью 3D-вязания.

Будущее технологии ни у кого не вызывает сомнения. Голландский банк ING прогнозирует, что развитие 3D-печати приведет к тому, что мировая торговля рухнет на четверть через 40 лет. Трансграничные поставки значительно сократятся, потому что все комплектующие можно будет напечатать на месте. В итоге к 2060 году половина продукции в мире будет печататься.