Планета дизайнеров. Когда на 3D-принтере напечатают человека целиком

Торговля упадет, но вырастет производство

Один из крупнейших банков в мире - нидерландский ING - задался вопросом: как скажется 3D-печать на мировой торговле? Проведя исследование, эксперты банка пришли к выводу: из-за этого новшества трансграничные поставки к 2060 г. сократятся на четверть, потому что многие комплектующие можно будет напечатать на месте. 3D-принтеры обеспечивают огромную гибкость и точность производства и при правильном развитии этой отрасли смогут быстро вытеснить значительную часть иностранных поставщиков, считают в ING.

Те же эксперты предсказывают, что к 2060 г. половина всех вещей, производимых на планете, будут выходить из-под 3D-принтера. То есть он станет основным средством производства. Хотя сегодня еще мало предприятий используют в производстве методы 3D-печати, ING уже оценивает эту индустрию в $6 млрд. За счет инвестиций, новых проектов и крупных компаний, связанных с этой индустрией, банк и ожидает бурного роста в ближайшем будущем.

В каждой отрасли будут разработаны собственные 3D-технологии, пишут эксперты банка. В автомобильной промышленности будут свои принтеры, в тяжелой - свои. Именно возможность подстройки под определенную среду позволит 3D-печати развиваться и дальше.

Впрочем, дело вовсе не сводится к тому, что эта технология открывает возможность изготовлять то же самое, только другим способом. Сам производимый товар тоже оказывается иным, нередко - совсем иным. Печать позволяет получать результаты, которых нельзя достичь традиционными способами.

Например, специалисты лаборатории HRL в Калифорнии заявили в сентябре о разработке метода 3D-печати высокопрочных сплавов алюминия. Новая технология откроет путь к созданию более легкой и быстрой авиации, экономичнее расходующей топливо. Тот же метод можно приспособить для изготовления высокопрочной стали и никелевых суперсплавов.

Также в сентябре стало известно о том, что команда австралийских инженеров при поддержке Университета Монаша в Мельбурне успешно спроектировала, напечатала на 3D-принтере и испытала реактивный двигатель. Его устройство позволяет поддерживать высокую эффективность на самых разных высотах, говорят создатели. Они подчеркивают, что печать в разы ускоряет процесс разработки. Теперь для проведения тестов не нужно ждать месяцы, пока тестовый образец изготовят на заводе. Принтеры справятся с этим за несколько дней. В таком режиме можно быстро отметать неудачные варианты и найти лучший.

Профессор Университета Монаша Ник Бирбилис говорит, что весь процесс разработки двигателя от задумки до тестирования занял всего четыре месяца. "Это удивительное достижение иллюстрирует, какие возможности для исследований и промышленности несет 3D-печать. Благодаря этой технологии австралийские компании смогут проектировать, печатать и тестировать металлические компоненты для всего: от аэрокосмической техники до хирургических инструментов", - говорит профессор.

То же можно сказать о строительстве. Уже появились возведенные с помощью 3D-принтеров пешеходные мосты в Испании, Китае, Нидерландах. И это только проба сил. На днях австрийский стартап Overtec похвастался, что научился печатать на 3D-принтере бетонные детали любой формы - выпуклые, вогнутые, конусообразные, даже с самыми сложными изгибами и спиралями. Принтер, кстати, у Overtec сверхмощный - весом 1,8 т и размером 4 кв. м.

Метод 3D-печати бетонных деталей позволит архитекторам проектировать более необычные здания, а строительным компаниям - снизить затраты. Наверняка это приведет к буйству фантазии и чудачеств в индивидуальном жилом строительстве.

Что нам напечатают врачи

3D-технология активно осваивается не только в промышленности и строительстве, но и в медицине. В сентябре газета Wall Street Journal выступила с обзором этого рынка и, в частности, процитировала прогноз консалтинговой компании Gartner, согласно которому уже через два года у 10% населения развитых стран будет какой-либо орган или носимое устройство, созданное с помощью 3D-печати. Технологию будут применять для создания протезов и имплантов, причем хирурги будут использовать 3D-печать в каждой третьей операции.

Маркетинговое исследование, проведенное компанией IndustryARC, показало, что рынок медицинских технологий 3D-печати в 2016 г. достиг $660 млн. А к 2020-му он вырастет до $1,21 млрд, то есть почти вдвое за четыре года.

Аддитивная печать, добавляющая слой за слоем, была разработана еще в 1980-х годах. Но только сейчас благодаря аппаратным разработкам и улучшенному программному обеспечению она стала более доступной. Еще пять лет назад 3D-принтеры Stratasys работали только с одним-двумя материалами и цветами. Теперь они могут одновременно печатать с использованием шести материалов и создавать 360 тыс. комбинаций текстур и цветов. Это позволяет создавать точные копии реальных объектов, в том числе костей и мягких тканей. Многие больницы в США уже открывают собственные лаборатории 3D-печати и сотрудничают с IT-компаниями, среди которых Stratasys, 3D Systems и Formlabs.

Таким образом, можно ожидать, что массовое производство протезов уйдет в прошлое, а на смену им придут 3D-технологии и возможность печатать искусственные ткани или конечности, точно отвечающие потребностям пациентов. К примеру, сейчас при установке бедренного протеза хирург зачастую вынужден отрезать и рассверливать кости пациента, чтобы протез встал на место. В будущем обычной практикой станет печать протеза, который не нужно будет подгонять.

Эта технология уже внедряется в медучреждениях целого ряда стран. Так, в январе доктора госпиталя в Гонконге использовали 3D-печать, чтобы изготовить для жертвы аварии металлический имплант, который заменил разрушенную таранную кость, соединяющую голень со стопой.

В Китае еще в 2015 г. были официально одобрены напечатанные на 3D-принтере искусственные тазобедренные суставы. К тому времени 32 пациента в пяти больницах Китая уже получили такие протезы в рамках клинических испытаний, и результат превзошел все ожидания. В августе этого года китайцы опять отличились: врачи больницы в Шанхае заменили напечатанными на 3D-принтере протезами из титанового сплава шесть шейных позвонков пациентке, страдающей от хондросаркомы - разновидности рака костей.

В Австралии в прошлом году врачи Sydney Spine Clinic в сотрудничестве с медицинской компанией Anatomics создали на 3D-принтере титановые импланты взамен двух шейных позвонков, пораженных хордомой - редким видом опухоли. Помимо самих костей была изготовлена точная модель шеи пациента, чтобы хирурги могли попрактиковаться перед сложной операцией. А в сентябре этого года хирурги госпиталя принцессы Александры в Брисбене провели первую в мире имплантацию напечатанного на 3D-принтере каркаса большой берцовой кости пациенту, страдавшему от серьезной формы остеомиелита.

Кстати, 3D-печать моделей частей тела, чтобы попрактиковаться, как это сделали врачи Sydney Spine Clinic, - тоже весьма перспективное направление. Наблюдения показали, что предварительное использование точных трехмерных моделей органов для репетиции хирургических операций снижает наносимый пациентам побочный ущерб.

В США в Mayo Clinic - одной из крупнейших частных клиник в мире - только в прошлом году напечатали 500 моделей, которые были использованы для подготовки к хирургическим процедурам. Однако пока этот процесс требует времени. Так, на создание копии тазовой области пациентки у медиков ушло 60 часов. Но специалисты клиники отмечают, что благодаря такой подготовке сокращается время на саму операцию.

Многообещающим направлением является и 3D-печать таблеток. Еще в марте прошлого года в США получило одобрение Администрации продовольствия и медикаментов (FDA) и поступило в продажу первое лекарство, отпечатанное на 3D-принтере, - противоэпилептические таблетки Spritam (леветирацетам) с индивидуальной дозировкой. Их производитель - компания Aprecia Pharmaceuticals - работает еще как минимум над тремя медикаментами, изготавливаемыми тем же способом.

В помощь 3D-принтеру придет MicroFactory

Возможно, скоро 3D-принтерам придется подвинуться на рынке. На днях специалисты из компании SRI International представили микроботов, которые не только способны выполнять функцию 3D-печати, но и обладают рядом других полезных навыков.

Микроботы получили название MicroFactory, то есть микрофабрика. Они представляют собой что-то наподобие колонии микроскопических насекомых. Их "рабочее место" организовано достаточно просто: поверхность, на которой расположены роботы, генерирует магнитное поле, а сами боты являются крошечными магнитами. Специализированное программное обеспечение включает и выключает в разных местах площадки магнитное поле, регулирующее перемещение роботов.

Каждый микробот имеет свои инструменты, предназначенные для выполнения узкоспециализированных задач. Например, если нужно создать решетку, то часть роботов будет удерживать конструкцию, другая часть - строить прутья, а остальные будут наносить клей в точках соприкосновения вертикальных и горизонтальных поверхностей. Роботы, выполнившие свою задачу, замирают в "режиме ожидания", а исчерпавшие запас рабочего материала отправляются самостоятельно его пополнить.

Основным плюсом новой технологии является то, что MicroFactory, в отличие от 3D-принтеров, могут использовать самые разные материалы при создании конструкций. Микроботы также способны совмещать основу с готовыми компонентами (резисторами, светодиодами, микросхемами и т. д.), чтобы в итоге получалось полностью готовое к работе изделие.

Однако не нужно торопиться противопоставлять MicroFactory и 3D-принтеры. Эти две технологии могут прекрасно уживаться друг с другом и вместе делать то, на что по отдельности не способны. "Система микроботов MicroFactory может работать и совместно с традиционными 3D-принтерами, - подчеркивает главный инженер проекта Аннджо Вонг-Фой. - Роботы будут строить прочный каркас, а принтер напечатает корпус устройства. Мы рассматриваем MicroFactory как дополнение к технологиям трехмерной печати. Такой симбиоз двух различных подходов позволит существенно расширить возможности современных технологий производства".

Печатать можно даже живые ткани

В начале октября Национальный институт зрения (NEI) США признал 3D-печать лучшей технологией восстановления зрения. Болезнями сетчатки и связанными с ней дефектами зрения страдают миллионы американцев. По данным NEI, около 1,3 млн человек в Америке слепы, а 2,9 млн - считаются слабовидящими. Поэтому институт постоянно ищет новые способы лечения дефектов зрения, в том числе вызванных возрастными изменениями. Для этого он создал программу 3D Retina Organoid Challenge, в рамках которой ученые со всей страны должны были представить инновационные методы лечения сетчатки. Лучшим был признан проект ученых Мэрилендского университета за его "эффективность, масштабируемость и воспроизводимость". Команда под руководством Эрин Лэвик получила $90 тыс. за метод создания живой сетчатки путем 3D-печати прямо внутри структуры сетчатки нескольких слоев взрослых нейронов, полученных из так называемых КПС (клеток - предшественников сетчатки). Этот метод 3D-печати может помочь в лечении дегенерации желтого пятна, глаукомы, диабетической ретинопатии и других болезней сетчатки.

Ранее в Австралии педиатрический исследовательский институт MCRI и компания трехмерной биопечати Organovo Holdings объявили о сотрудничестве в создании искусственной человеческой почки, которая поможет в испытании лекарств и разработке методов регенерации тканей. "Мы разработали подход по воссозданию тканей человеческих почек из стволовых клеток. При помощи биопринтера Organovo у нас появилась возможность напечатать эти клетки и создать более точную модель почки", - говорит профессор Мелисса Литтл. На осуществление этого замысла некоммерческий фонд Methuselah Foundation выделил $500 тыс.