Как 3D-принтеры меняют нашу жизнь

3D-печать неправильно считать чем-то абсолютно новым. В той или иной форме ее применяют уже десятки лет. Но лишь в последние годы технология доросла до уровня массового спроса, и ее возможности стали приносить существенные плоды. Сегодня 3D-печатью называют автоматизированные методы производства физических объектов по заданным цифровым моделям. В основе лежит принцип послойного нанесения какого-либо материала с помощью лазеров и других приборов.

Такой подход отличает ряд важнейших преимуществ перед традиционными техниками производства. 3D-принтер потребляет относительно мало энергии и расходует не больше сырья, чем нужно для результата. Он создает объекты любой геометрии без необходимости в многочисленных вспомогательных инструментах вроде литьевых форм. Иными словами, если предприниматель решает изменить внешний вид товара, ему больше не нужно менять всю линию производства. Новая цена вопроса — несколько правок, внесенных в компьютерную модель.

Представители бизнеса из различных отраслей спешат освоить 3D-печать, чтобы обзавестись новыми конкурентными преимуществами. Хотя большинство инноваторов на этом поприще делают только первые робкие шаги, 3D-принтеры уже начинают ощутимо влиять на самые разные индустрии.

Медицина

Скорее всего, самые удивительные возможности 3D-печати раскроются в области медицины. Такие технологии несут огромный потенциал для изготовления протезов, имплантов, лекарств, а также создания живых тканей, внутренних органов и полноценных частей тел. Большинство медицинских начинаний, связанных с 3D-принтерами, находятся на стадии экспериментов. Но первые результаты в отдельных направлениях уже могут впечатлить.

Протезирование относится к первым областям медицины, которые серьезно затронула 3D-печать. Современный миоэлектрический протез, который возвращает носителю большинство функций конечности, по карману только состоятельному человеку. Но 3D-принтеры постепенно меняют ситуацию к лучшему. Больше всех выигрывают дети-инвалиды, которые чаще нуждаются в замене протезов по причине роста.

На помощь приходят такие стартапы, как Open Bionics, разрабатывающие функциональные и в десятки раз более дешевые устройства, чем многие другие решения на рынке. Причем, если верить словам компании, ей достаточно двух дней, чтобы напечатать бюджетный протез, подогнанный под тело носителя. Для сравнения: некоторые производители тратят на изготовление недели и даже целые месяцы.

Напечатанные импланты также уже служат своим носителям: фрагменты костей из металлов или пластика и прочие заменители поврежденных тканей помогают восстанавливать тела реальных пациентов. В перспективе их должны сменить аналоги из биоматериалов.

Как пишет ресурс 3dprint.com со ссылкой на Университетский колледж Лондона, напечатанные таблетки могут оказывать лучший эффект на состояние здоровья пациента. Пока лекарства продаются по принципу «один размер для всех». 3D-печать же позволит отойти от стандартных форм и доз, чтобы быстро и дешево создавать таблетки с индивидуальными параметрами, которые максимально подходят конкретному человеку или препарату.

Если пациенту с повышенной массой тела понадобится увеличенная порция лекарства, он ее получит прямо из коробки. А предав нужную форму таблетке определенного препарата, производитель сможет задать необходимую скорость его растворения в организме. Оказывается, вторая из этих двух характеристик тесно зависит от первой.

Более революционно 3D-принтеры могут проявить себя на клеточном уровне. Речь идет о биопечати — синтезе живых тканей из стволовых клеток, воды и биосовместимых материалов.

Хотя до создания полноценных органов еще не менее 10 лет, синтезированные в лабораториях ткани уже готовят для безопасных испытаний лекарств. В феврале стало известно, что ученые из Калифорнийского университета напечатали сложнейшую ткань печени — один из последних прорывов в этом направлении.

Следующие 10 лет обещают бурный рост индустрии. По данным CNBC, до 2025 года масштаб глобального рынка 3D-печати вырастет до $7 млрд, и половину от этого объема составит именно доля биопечати.

Машиностроение

Электротехническая, автомобильная и аэрокосмическая промышленности вместе с другими отраслями машиностроения также выигрывают от внедрения технологий 3D-печати. А в конце концов, выгоду ощущают и конечные потребители. Ведь наряду с повышением скорости и удешевлением производства 3D-принтеры обеспечивают лучшее качество продукции.

К примеру, задействованные в печати металлов лазеры позволяют работать с прочными, легкими и долговечными сплавами, которые практически невозможно использовать при традиционных методах. К тому же 3D-печать помогает создавать монолитные объекты со сложной геометрией вроде деталей с пустотами внутри, тонкими стенками, многочисленными впадинами или гранями. Все эти элементы теперь можно создавать целиком, а не собирать в ущерб надежности из отдельных деталей.

Аэробус, одна из крупнейших авиастроительных компаний в мире, в течение ближайших десятилетий планирует производить до половины компонентов с помощью 3D-печати. Некоторые конструкции ее двигателей и самолетов уже полагаются на работу первоклассных 3D-принтеров.

Напечатанные автомобили — больше не плод фантазии. Достаточно вспомнить прошлогодние демонстрации суперкара Blade компании Divergent Microfactories и электромобиля Strati Local Motors. Последняя также успела представить концепт модульного автомобиля LM3D Swim, который должен стать первым серийным авто, почти полностью напечатанным на 3D-принтере. Local Motors начнет принимать предзаказы на новинку до конца весны, а в начале 2017 года первые автомобили отправятся к покупателям.

Товары широкого потребления

Людьми нередко движет желание выделиться из толпы, в том числе, с помощью уникальной одежды или аксессуаров. Нетривиальный дизайн футболки, сумки или гаджета всегда тешит самолюбие владельца, привлекая любопытные взгляды окружающих.

Продавцы давно уловили эту потребность, но не могли удовлетворить ее в полной мере из-за отсутствия экономически эффективной производственной базы. Но похоже, в обозримом будущем для торговли наступит поворотный момент. Технологией, которая позволит продавцам насытить рынок персонализированной продукцией, могут стать 3D-принтеры. И предпосылки для того уже существуют.

Магазины и производители добавляют продукции ценность, все чаще предлагая покупателям принять участие в выборе дизайна для тех или иных товаров. Так, Trove и подобные ей интернет-платформы дают возможность настроить внешний вид ювелирных изделий на сайте и там же оформить заявку на их печать. Стартап Normal Earphones производит наушники под форму ушей заказчика по присланным фотографиям. Спортивные бренды вроде Adidas, New Balance и Under Armour тоже экспериментируют с 3D-печатью, изготавливая обувь под размер и форму ступни и прочие индивидуальные параметры клиентов.

Персонализированные наушники компании Normal Earphones

По информации поставщика услуг 3D-печати Sculpteo, доходы сектора розничной торговли от продажи персонализированных товаров вырастут в четыре раза в течение следующих пяти лет. Но, как отмечает компания, между текущим состоянием отрасли и тем уровнем, которого можно достичь, пока зияет огромна пропасть.

Участникам рынка еще нужно донести реальные возможности и ограничения 3D-принтеров до потребителей, развеяв существующие мифы. Только так можно реализовать новые принципы взаимодействия с клиентом. Ну и, конечно, необходимо постоянно совершенствовать технологический процесс, ведь текущие скорость работы 3D-печати и ее потенциал в отношении сложных продуктов из большого количества разных материалов пока оставляют желать лучшего.

Строительство и архитектура

Не меньшие выгоды 3D-принтеры несут для постройки зданий и сооружения всевозможных конструкций. В этих процессах раскрываются все ключевые преимущества 3D-печати от снижения стоимости производства до возможности реализовать непосильные для традиционных технологий проекты. В том числе, новейшие подходы к работе с материалом позволяют снижать общий вес, а в итоге и нагрузку на фундамент построек.

Среди интересных примеров использования 3D-принтеров в этой сфере можно отметить павильон «Вулкан» в Китае, вошедший в «Книгу рекордов Гиннеса» как самый большой напечатанный объект. Его ширина и высота составляют 8,08 и 2,88 метров соответственно.

Не менее любопытным может показаться пешеходный мост в Амстердаме, над которым работают компания MX3D и промышленный дизайнер Йорис Лаарман. Мост сооружают с помощью роботизированной системы печати, завершить проект должны в следующем году. В результате в мире появится первый стальной мост, напечатанный на 3D-принтере.

Согласно порталу Houzz, пока в среде экспертов нет единого мнения о лучшем применении 3D-печати в строительстве и архитектуре. Одни считают, что объекты нужно создавать целиком, другие — по модулям с дальнейшей сборкой. Как бы там ни было, отмечает ресурс, пока размер зданий — самое большое ограничение. Из-за этого печатающие конструкции должны быть подвижными либо иметь гигантские размеры. Плюс ко всему принтеры пока не поддерживают работу со всеми необходимыми для строительства материалами. Но все должно прийти с прогрессом.

Пищевая промышленность и кулинария

3D-принтеры с разной долей успеха применяют во многих процессах, связанных с продуктами питания. Например, производители оборудования для пищевой промышленности печатают муляжи плодов, чтобы калибровать работу механизмов без порчи настоящих овощей и фруктов. Компании Bocusini и Natural Machines разрабатывают пищевые принтеры, которые создают красивые продукты сложных форм и помогают автоматизировать рутинные действия на кухне.

Вместе с тем проникновение 3D-печати в кулинарии проходит без особой спешки. Возможно потому, что люди недостаточно осведомлены о качестве напечатанной пищи. Как показывают социальные опросы, 77% респондентов без всяких оснований считают приготовленные с помощью принтеров продукты несъедобными.

Блюдо, приготовленное с помощью пищевого 3D-принтера Foodini. Фото: Natural Machines

К тому же вкусно приготовить мясное блюдо — более сложная задача, с точки зрения инженерии, чем выплавить детали из пластика и металла. Так что пищевые принтеры еще не скоро заменят искусных поваров. Да и пока владельцы фабрик не придумали способ, как можно извлечь выгоду из печати в процессе масштабного пищевого производства.

Тем не менее с развитием технологий и повышением осведомленности в обществе все может измениться. Более того, некоторые из ныне существующих проектов заставляют смотреть на будущее 3D-печати в пищевой промышленности с повышенным интересом.

Например, NASA рассматривает 3D-принтеры как эффективный инструмент для экономичного приготовления пищи в космосе во время затяжных полетов. А такие компании, как Modern Meadows, надеются спасти быстрорастущее население Земли от голода с помощью биопечати мяса, которая может стать альтернативой скотоводству.

Для тех, кто хочет знать больше

• Почему 3D-принтеры придут в каждый дом или как я впервые пользовался 3D-принтером
• Первый в мире напечатанный на 3D принтере офис появится в Дубае
• BetAbram: 3D-принтер, «печатающий» дома
• Высокая мода: одежда, распечатанная на 3D-принтере
• По стопам Star Trek: в США разрабатывают 3D-принтер для «печати» еды
• 3D-печать металлом стала реальностью! (видео)
• 3D-принтер, печатающий расплавленным стеклом