В мае этого года американский разработчик технологий для 3D-печати Formlabs получил разрешение от FDA на экстренное использование таких принтеров для переоборудования существующих устройств для лечения апноэ во сне в аппараты искусственной вентиляции легких. Это позволило производить жизненно-необходимые аппараты ИВЛ в гораздо более быстром режиме, а значит, больше людей, зараженных COVID-19, получат вовремя экстренную помощь. А в Университете Иннополис стали печатать держатели для медицинских визоров. Благодаря улучшенной технологии за час можно напечатать 10 таких визоров. Но это не единственная помощь разработчиков технологий для 3D-печати во время пандемии.
Где уже используется 3D-печать
— Респираторы и защитные маски во время пандемии
Пандемия COVID-19 стала одной из самых больших угроз, с которой человечество столкнулось за последние 50 лет. И сегодня люди из разных стран объединяются для борьбы с ней. 3D-печать сыграла в этом немалую роль, поскольку энтузиасты со всего мира используют технологии для создания респираторов и защитных масок.
— Авиация
Не секрет, что компания Airbus делает уверенные шаги в сторону проектирования самолетов будущего — в компании уже давно активно применяют 3D-печать, генеративный дизайн и другие технологии для создания отдельных деталей самолета, в том числе в планах компании напечатать самолет целиком.
Однако первым шагом на этом пути стало создание легких перегородок, которые разделяют пассажирские места и кабину пилота. Это совсем не та деталь, которая сразу бросается в глаза в интерьере самолета, при этом она имеет ключевое значение для инженеров. Основное требование к этой детали — надежность, и для этого ее традиционно делают тяжелой и громоздкой. Однако в 2015 году компании удалось понять, как изменить ситуацию с помощью технологий. Благодаря генеративному дизайну и передовому производственному процессу компании удалось создать легковесный продукт, при этом соответствующий всем требованиям по нагрузке.
— Одежда
В одном из фирменных магазинов Adidas в Германии посетители теперь могут выбрать понравившийся дизайн — для этого они проходят в небольшое помещение, где специальное устройство сканирует их тело — фигуру, рост, длину рук и другое. После подтверждения всех параметров на глазах покупателей несколько вязальных машин, объединенных в один 3D-принтер, шьют уникальный свитер.
Конечно, за такой свитер придется отдать порядка 200 евро, но такая кастомизация и персонализация привлекают сотни клиентов. Однако если говорить про массовое производство одежды с помощью 3D-печати, то напечатанные вещи пока будут больше похожи на произведение искусства, нежели на предмет гардероба. Основная проблема заключается в том, что ключевые материалы, которые задействованы в производстве, более жесткие по сравнению с обычной тканью, поэтому носить их в повседневной жизни не очень удобно. В результате сшитая традиционным способом одежда получается более практичной и удобной.
— Обувь
Использование 3D-печати имеет один важный бонус — возможность производить обувь, точно подогнанную под размер и контуры и соответствующую всем анатомическим особенностям ноги. Однако на этом ее преимущества не заканчиваются. Так, производитель спортивной одежды Under Armour формирует новое будущее обувной индустрии с помощью технологий. Перед командой стояла задача разработать легкую амортизирующую обувь для интенсивных тренировок. Среди множества инноваций и технологий, которые команда применила для создания модели UA Architech, было сочетание генеративного дизайна и 3D-печати.
Главная особенность UA Architech — решетчатая структура подошвы, которая может быть изготовлена только с помощью 3D-печати. Она создана из комбинации полимеров и эластомеров, которые делают ее достаточно мягкой и при этом крепкой, обеспечивая устойчивость и амортизацию. Инновационная подошва фиксирует положение ноги и адаптируется под движение, позволяя тем самым избежать травм.
В результате 3D-печать снижает вес обуви и дает больше возможностей по изменению упругости и жесткости, а также широчайшее поле для конструирования и изобретения новых форм, которых традиционными методами создать было бы невозможно.
— Протезирование
В России более 12 млн человек имеют группу инвалидности, из них более 200 тыс. нуждаются в протезировании нижних или верхних конечностей. Сегодня россиянам доступны почти все инновационные виды протезирования, однако их стоимость по-прежнему остается главной проблемой для многих. Так, стоимость бионического готового протеза в среднем превышает 1 млн рублей и может доходить до 3,5-4 млн рублей.
Протез представляет собой довольно сложное изделие, призванное повторить биомеханику движений человека. Оно должно быть эстетически привлекательным, но в то же время надежным, так как испытывает на себе большие нагрузки и в случае поломки может нанести ущерб здоровью пользователя.
Особенно остро эта проблема стоит перед маленькими детьми. Из-за быстрого роста и постоянных изменений протез можно поставить лишь на короткое время, после чего придется подбирать новый. В сочетании с высокими ценами, чтобы установить устройство, детям приходится ждать взросления. В борьбе с этим различные организации сегодня стараются повысить доступность 3D-печати для изготовления протезов. Так, например, Enable Community Foundation, организация, объединяющая добровольцев, людей с ограниченными возможностями и дизайнеров для того, чтобы производить протезы бесплатно с помощью 3D-печати для детей. Компания обеспечивает не только функциональность, но также цвет и дизайн, которые действительно важны, если мы говорим про молодое поколение.
Сегодня, используя инструменты дополненной реальности, такие как Recap, которые позволяют создавать трехмерные модели объектов, ампутанты могут делать фото конечностей и создавать цифровые модели, после чего с помощью инструментов для проектирования они могут настраивать протезы под себя.
— Строительство
Прогнозируется, что с 2025 года около 5% всех строящихся домов будут возводить с помощью 3D-принтеров. И этому есть объяснение. Основное преимущество технологий 3D-печати в строительстве — это сокращение отходов, которого удается добиться благодаря тому, что при печати объектов используется только необходимое количество строительных материалов. Кроме того, среди достоинств 3D-печати — изготовление объекта в один технологический шаг и беспримерная гибкость дизайна, которые в результате компенсируют дороговизну сырья. И чем сложнее процесс, тем больше.
Тем не менее, при всей перспективности и выгодах применения 3D-печати существует ряд ограничений. На сегодняшний день принтеры применяются в основном для малоэтажного и малогабаритного индивидуального строительства, а также для изготовления малых архитектурных форм. Кроме того, одна из основных причин, по которым инновационное строительство не может использоваться повсеместно, — это отсутствие нормативной и законодательной базы, межведомственного взаимодействия. Процедура разработки стандартов не успевает за изменениями индустрии. Нет понятийного аппарата и требований, не описаны риски и связи с другими технологиями. В этом плане технологию можно считать относительно новой и остается лишь ждать, когда будут подготовлены все регламентирующие документы.
В связи с этим будущее строительства лежит в совмещении новых технологий и традиционных методов строительства. Их интеграция позволяет получить лучшее из двух миров, сочетая сложность и относительную быстроту 3D-печати с точностью и ассортиментом материалов, характерными для других методов.
Некоторые организации уже используют преимущества двух подходов. Так, нью-йоркская строительная компания Skystone обеспечивает эффективное и качественное строительство в сжатые сроки с дополнительными преимуществами — меньшим количеством отходов, шума и поставок, а также сокращает количество материалов в сравнении с традиционными проектами. Skystone производит для Marriott International, международной компании по управлению гостиничными сетями, полностью укомплектованные модульные гостиничные номера, включая все отделочные материалы, мебель и оборудование на производственном предприятии в Польше, и доставляет их в Нью-Йорк, после чего поднимут один за одним на место с помощью крана. Это нивелирует эффект от непредвиденных условий на стройплощадке и делает его более предсказуемым и спланированным, а также обеспечивает более высокое качество строительства и быструю доставку для застройщиков.
Итак, после того как строительная отрасль начнет внедрять новые технологии, опираясь при этом на старые проверенные методы, они смогут накопить преимущества — снизить затраты, сократить сроки бизнес-процессов и уменьшить воздействие на окружающую среду. Но при этом для продвижения инноваций необходимо обновление строительных норм и переход к перспективным стандартов с целью преодоления типичных регуляторных препятствий для новых технологий.
А что в итоге
На сегодняшний день использование 3D-печати является целесообразным только для мелкосерийного производства. В случае с крупными партиями товара технологии применяются скорее для создания прототипа, но готовые объекты создаются традиционными методами, так как цена 3D-печати всё еще достаточно высока. Однако чем дальше развиваются технологии, тем дешевле они становятся. 3D-печать очень скоро заменит малосерийное производство, при этом произойдет заметное снижение цен из-за сокращения издержек на капитальные инвестиции, затрат на логистику и складские мощности.
Настоящее преимущество технологий 3D-печати — кастомизация. Каждый раз, когда необходимо сделать что-то по индивидуальному заказу, 3D-печать меняет реальность. Что касается массового производства, например, типовых деталей для автомобилей, то здесь традиционные средства будут дешевле и быстрее. Отвечая на главный вопрос, 3D-печать поможет нам решить многие проблемы в этом мире, но не все.
Читайте также:
— Кем был первый организм на Земле? Забудьте все, что знали о зарождении жизни
— Посмотрите на закат в других мирах: как Солнце заходит на Марсе, Титане и Уране
— «Ростелеком» будет выпускать роутеры для геймеров. Что в них особенного?