Архитектура, еда, медицина: какие отрасли изменит 3D-печать в ближайшие годы
Основатель и управляющий директор интернет-магазина Top 3D Shop Василий Киселев написал для рубрики «Будущее» колонку об изменениях, которые произойдут в сфере медицины, ювелирного дела, автомобильной отрасли, инженерного производства, строительстве и архитектуре, сфере обслуживания и образования с распространением 3D-печати. Автор рассказывает, чего профессионалы в этих сферах уже добились, и что будет дальше.
Прогресс, как известно, идет по спирали, каждый из витков которой знаменуется принципиальным изменением подхода к производству, что сразу отражается на объеме производимой продукции, ее качестве и доступности для потребителя.
Когда-то люди начали применять паровые машины на фабриках, потом стали массово использовать электричество, еще позже изобрели конвейерное производство. На каждом из этих этапов производственная культура делала резкий рывок в стремлении удовлетворить растущие потребности потребителей.
В наши дни фактором, давшим новый толчок прогрессу, стало распространение цифровых технологий - технологий 3D-моделирования, 3D-сканирования, объемной печати и роботизации. Цифровые технологии изменяют саму концепцию производства, делая его дешевле, точнее, быстрее и удобней.
Медицина
Нет ничего важнее здоровья, и уже сегодня цифровые технологии становятся незаменимы в этой области. 3D-моделирование и 3D-печать успешно применяются в сфере, где особенно важен индивидуальный подход и строгое соответствие создаваемого предмета анатомии пациента.
Уже сейчас так производят импланты, заменяющие пораженные кости и суставы
Просканировав область вмешательства и объединив данные с компьютерной томографией, врачи могут смоделировать и распечатать необходимый имплантат с точностью до долей миллиметра. После этого проверяется правильность геометрии полученного имплантата и происходит подготовка к операции на распечатанной по томографии пациента 3D-модели.
Такие технологии уже несколько лет применяются во всем мире, а теперь и в
Также уже несколько лет создаются доступные бионические протезы, дающие новые возможности людям с ампутированными конечностями.
Причем не только для людей.
Врачи распечатывают индивидуальные шины, ортезы и лангеты, фиксирующие конечности при лечении переломов - они намного более удобны в применении и комфортны для пациента, чем традиционный гипс. Один из отечественных проектов, изготавливающих такие фиксирующие конечности, - «Здравпринт».
Новые 3D-технологии применяют также в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Они позволяют планировать и проводить лечение, а также проектировать и создавать индивидуальные протезы и временные коронки как отдельных зубов, так и целых челюстных фрагментов.
Как это происходит:
- Совмещается 3D-скан челюсти пациента с данными компьютерной томографии для высокоточного планирования размещения имплантата с учетом качества кости пациента, расположения нерва и артерии.
- Определяется размер и форма имплантата и требуемый угол его установки.
- По этим данным на 3D-принтере печатается хирургический шаблон, не допускающий врачебную ошибку при установке имплантата во время операции.
- Печатается или фрезеруется временная коронка для правильного заживления мягких тканей на послеоперационный период.
- Печатается или фрезеруется постоянная металлокерамическая коронка из биосовместимого металла (титан или кобальт-хром).
Применяется 3D-печать и в ортодонтии. С ее помощью создают элайнеры - приспособления, исправляющие прикус, пришедшие на смену неудобным и травмирующим брекет-системам.
Этот метод набирает обороты по всему миру, и я решил протестировать на себе одно из таких решений. Элайнеры почти невидимы, но они действительно корректируют положение зубов.
Но самой ожидаемой в медицине остается, конечно, печать живых органов. Многие знают про напечатанное на 3D-принтере ухо; ведутся работы с клетками мышц, печени и кожи. В будущем такие технологии позволят полностью восстанавливать поврежденные или утраченные ткани и органы.
Кстати, при «Сколково» существует известный в медицинских кругах стартап 3D Bioprinting Solutions, которому удалось напечатать мышиную щитовидную железу. Это первый шаг к изготовлению живых органов для трансплантации человеку.
Ювелирное дело
Цифровые технологии применяют в производстве ювелирных изделий, бижутерии и аксессуаров. Трехмерное моделирование позволяет создать точный цифровой макет будущего изделия и распечатать сначала прототип, дающий мастеру возможность подержать в руках и доработать изделие заранее.
После этого печатается или фрезеруется модель из выплавляемого или выжигаемого воска или фотополимера, которая заливается гипсом для получения литьевой формы и выгорает (выплавляется) в процессе заливки, позволяя металлу заполнить форму и точно повторить малейшие нюансы будущего изделия.
Сам процесс выглядит так:
Уже есть 3D-принтеры, печатающие непосредственно драгметаллами, но пока цена порошка для таких машин слишком высока для постоянного применения.
Инженерное производство
В инженерном производстве давно используют цифровые технологии, такие как CAD 3D-моделирование, 3D-сканирование и трехмерная печать. Новый тренд - применение промышленных роботов и автоматических станков.
Например, 3D-сканированием пользуются при контроле качества, а 3D-печать применяется, вместе с автоматизированными фрезерными и токарными станками в производственных цехах.
Уже существуют промышленные принтеры, способные создавать трехмерные формы внушительных размеров. 3D-принтер, изображенный на фото выше, может печатать объекты диагональю в несколько метров.
Недалек тот день, когда созданный инженерами проект, представленный в цифровом виде, будет полностью воплощаться в жизнь промышленными роботами.
Автомобильная отрасль
В первую очередь это создание CAD 3D-моделей и прототипирование. Сейчас этот симбиоз вышел на новый уровень - из конструкторских бюро попал в производство. Глобальная роботизация начинается как раз с автомобилестроения, и армия роботов, пока не без помощи людей, уже осуществляет сборку автомобилей на заводах. Вот так это выглядит на Tesla Factory:
Уже есть рамы и кузова, полностью напечатанные на 3D-принтере.
Это относится и к тюнингу - молдинги, спойлеры, декоративные элементы, колесные колпаки. Что уж говорить об отдельных небольших элементах - функциональных деталях и деталях оформления, многие из которых можно распечатать на небольшом бытовом принтере.
3D-сканирование применяется и в ремонте, оно позволяет с высокой точностью диагностировать отклонения в геометрии кузова и легко создавать модели для последующей печати элементов на замену.
С развитием технологий объемной печати, позволяющих печатать сложные функциональные детали из различных материалов, могут появиться и полностью напечатанные автомобили, каждая деталь которых будет создана 3D-принтером.
Строительство
Во всем мире ведутся эксперименты по применению 3D-печати в строительстве. В этой сфере технология применяется как при проектировании, где очень полезны промышленные 3D-сканеры и специальные программы, так и непосредственно в создании объектов.
Специальные строительные 3D-принтеры печатают модульные блоки и целые здания из бетона. В России одним из пионеров строительной 3D-печати стала компания «Спецавиа», которая этим методом уже возвела несколько объектов.
Строительная 3D-печать позволяет создавать объекты необычных и нестандартных форм, недоступных для обычного серийного строительства. При этом производство происходит из стандартных смесей с применением армирования.
Уже скоро могут появиться агрегаты, которые за считанные часы будут печатать, например, небольшой коттедж - от фундамента и коммуникаций до флюгера на крыше.
Архитектура и макетирование
Уходят в историю времена, когда архитекторам для создания макетов зданий приходилось пачкать руки клеем и дышать испарениями разрезаемого раскаленной проволокой пенопласта. Все большее место занимает ПО и технические устройства, позволяющие намного удобнее и быстрее, а главное - точнее создавать макеты будущих объектов.
3D-принтеры способны распечатывать, в зависимости от размеров, части или целые макеты, с точностью, о которой раньше никто и не мечтал. Малейшие архитектурные элементы видны на них столь же отчетливо, как на уже построенных зданиях. Стоимость самих макетов становится ниже, а скорость изготовления - выше.
Есть технологии, позволяющие печатать сразу в цвете, причем не только из гипса или бумаги, но и из композитного пластика, дающего возможность печатать градиентами и с разной степенью прозрачности.
Применяются эти технологии и любителями, хобби которых - создание миниатюр. Например, масштабных моделей различной техники, как стендовых, так и функциональных.
Скоро макеты и модели будут неотличимы от настоящих объектов. Не считая явной разницы в размерах, конечно.
Образование
Не так давно в школах появился новый предмет - технология. В рамках этой дисциплины школьники изучают цифровое производство. В том числе 3D-печать и сканирование, создание 3D-моделей.
В Москве есть FabLab при МИСиС, созданный в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом; в Санкт-Петербурге их два: FabLab Politech и FabLab Spb.
ЦМИТы (Центры молодежного инновационного творчества) - аналогичные формирования, не относящиеся непосредственно к сети FabLab, их еще больше.
Все эти образовательные учреждения в полной мере используют последние достижения 3D-технологий - 3D-принтеры и сканеры, 3D-ручки и
В ближайшем будущем сеть ЦМИТов будет расти, и они станут неотъемлемым элементом образования. Можно ожидать появления подобных организаций в каждом населенном пункте и каждом районе крупного города, что обеспечит рост технической образованности населения и скорейшее развитие связанных с этой областью технологий и сегментов бизнеса.
Быт и сфера обслуживания
3D-печать идеальна для создания всевозможных полезных мелочей для дома.
Хороша она для печати запчастей к сломавшейся бытовой технике, фурнитуры для мебели и многого другого.
Можно создать с нуля игрушку для ребенка или скачать 3D-модель из интернета и придать ей уникальности в программе-редакторе.
Такая игрушка по себестоимости будет дешевле покупной и гораздо интереснее для ребенка, поскольку он будет вовлечен в процесс ее создания.
Купив 3D-принтер, родители могут печатать хоть несколько разных игрушек в день: от простых до самых сложных и развивающих - благо, тысячи моделей уже доступны для бесплатного
Можно украсить свое жилье статуэткой любимого человека или себя самого - уже доступна услуга сканирования и печати 3D-портрета, как бюста, так и в полный рост. В том числе и полноцветного.
Постоянно разрабатываются все новые и новые материалы для трехмерной печати, обладающие всевозможными механическими и эстетическими свойствами, а 3D-принтеры и расходники постоянно дешевеют. Через несколько лет такой аппарат может стать неотъемлемой частью почти каждого жилища, как сейчас - телевизор. И неудивительно - полезность этого устройства в быту сложно переоценить.
Существует несколько серийно выпускаемых и достаточно популярных пищевых 3D-принтеров. Одни из них печатают конфеты любой заданной формы из специального расходного материала. Такие аппараты почти ничем не отличаются от обычных 3D-принтеров. Есть и более специализированные инструменты.
Например, английский Choc Creator печатает шоколадом как плоские картины (например, для оформления тортов), так и объемные объекты.
Принтер Foodini создан для печати еды из свежих продуктов.
Конструкция позволяет загрузить в него несколько различных ингредиентов и получать на выходе разнообразные блюда. Фиш-н-чипс, например:
Или полезных овощных динозавриков:
Есть и специальный принтер для блинов, позволяющий печатать блины и оладьи любой формы. Он, кстати, и стоит относительно недорого, и в обращении прост. На фото Pancake Bot готовит блин в виде космонавта и наш логотип.
Технология создания пищевых 3D-принтеров совершенствуется. Можно предположить, что в ближайшем будущем появятся недорогие и общедоступные кухонные 3D-принтеры, как специализированные, так и универсальные, в идеале - совмещенные с кухонным комбайном и духовкой.
Итого
Как мы видим, технологии цифрового производства распространились во все области деятельности человека. Это неудивительно, учитывая их полезность и относительную простоту работы с ними.
Рынок аппаратов для 3D-печати и сканирования постоянно растет, а вместе с ним - разнообразие представленных моделей и материалов для печати. Увеличивается качество работы 3D-принтеров - скорость печати и разрешение, диапазон применимых материалов и размеры рабочих областей. Цены же становятся все ниже.
В ближайшие годы эта технология получит еще большее распространение и кардинально изменит представления о производстве вещей, делая их более доступными и уникальными. А это, если задуматься, скажется на культуре производства и потребления и изменит облик повседневной жизни человека.
