Планета дизайнерів. Коли на 3D-принтері надрукують людини цілком

Торгівля впаде, але зросте виробництво

Один з найбільших банків у світі - нідерландський ING - задався питанням: як позначиться 3D-друк на світовій торгівлі? Провівши дослідження, експерти банку дійшли висновку: з-за цього нововведення транскордонне постачання до 2060 р. скоротяться на чверть, тому що багато комплектуючі можна буде надрукувати на місці. 3D-принтери забезпечують величезну гнучкість і точність виробництва і при правильному розвитку цієї галузі зможуть швидко витіснити значну частину іноземних постачальників, вважають в ING.

Ті ж експерти пророкують, що до 2060 р. половина всіх речей, вироблених на планеті, будуть виходити з-під 3D-принтера. Тобто він стане основним засобом виробництва. Хоча сьогодні ще мало підприємств використовують в виробництві методи 3D-друку, ING вже оцінює цю індустрію в $6 млрд. За рахунок інвестицій, нових проектів і великих компаній, пов'язаних з цією індустрією, банк очікує бурхливе зростання у найближчому майбутньому.

У кожній галузі будуть розроблені власні 3D-технології, пишуть експерти банку. В автомобільній промисловості будуть свої принтери, важкої - свої. Саме можливість підстроювання під певну середу дозволить 3D-друку розвиватися і далі.

Втім, справа зовсім не зводиться до того, що ця технологія відкриває можливість виготовляти те ж саме, тільки іншим способом. Сам вироблений товар теж виявляється іншим, нерідко - зовсім іншим. Друк дозволяє отримувати результати, яких не можна досягти традиційними способами.

Наприклад, фахівці лабораторії HRL в Каліфорнії заявили у вересні про розробку методу 3D-друку високоміцних сплавів алюмінію. Нова технологія відкриє шлях до створення більш легкої і швидкої авіації, економніше витрачає паливо. Той же метод можна пристосувати для виготовлення високоміцної сталі і нікелевих суперсплавов.

Також у вересні стало відомо про те, що команда австралійських інженерів за підтримки Університету Монаша в Мельбурні успішно спроектувала, надрукувала на 3D-принтері і випробувала реактивний двигун. Його пристрій дозволяє підтримувати високу ефективність на різних висотах, кажуть творці. Вони підкреслюють, що печатка в рази прискорює процес розробки. Тепер для проведення тестів не потрібно чекати місяці, поки тестовий зразок виготовлять на заводі. Принтери впораються з цим за кілька днів. В такому режимі можна швидко відкидати невдалі варіанти і знайти кращий.

Професор Університету Монаша Нік Бирбилис каже, що весь процес розробки двигуна від задуму до тестування зайняв всього чотири місяці. "Це дивовижне досягнення ілюструє, які можливості для досліджень і промисловості несе 3D-друк. Завдяки цій технології австралійські компанії зможуть створювати, друкувати і тестувати металеві компоненти для всього: аерокосмічної техніки до хірургічних інструментів", - говорить професор.

Те ж можна сказати про будівництво. Вже з'явилися зведені за допомогою 3D-принтерів пішохідні мости в Іспанії, Китаї, Нідерландах. І це лише проба сил. Днями австрійський стартап Overtec похвалився, що навчився друкувати на 3D-принтері бетонні деталі будь-якої форми - опуклі, увігнуті, конусоподібні, навіть з самими складними вигинами і спіралями. Принтер, до речі, у Overtec надпотужний - вагою 1,8 т і розміром 4 кв. м.

Метод 3D-друку бетонних деталей дозволить архітекторам проектувати більш незвичайні будівлі, а будівельним компаніям - знизити витрати. Напевно це призведе до буйства фантазії і дивацтв в індивідуальному житловому будівництві.

Що нам надрукують лікарі

3D-технологія активно освоюється не тільки в промисловості і будівництві, але і в медицині. У вересні газета Wall Street Journal виступила з оглядом цього ринку і, зокрема, процитувала прогноз консалтингової компанії Gartner, згідно якому вже через два роки у 10% населення розвинених країн буде який-небудь орган або переносна пристрій, створене з допомогою 3D друку. Технологію будуть використовувати для створення протезів та імплантатів, причому хірурги будуть використовувати 3D-друк в кожної третьої операції.

Маркетингове дослідження, проведене компанією IndustryARC, показало, що ринок медичних технологій 3D-друку в 2016 р. досяг $660 млн. А до 2020-го він зросте до $1,21 млрд, тобто майже вдвоє за чотири роки.

Адитивна друк, додає шар за шаром, була розроблена ще в 1980-х роках. Але тільки зараз завдяки апаратним розробок і поліпшеному програмного забезпечення вона стала більш доступною. Ще п'ять років тому 3D-принтери Stratasys працювали тільки з одним-двома матеріалами і квітами. Тепер вони можуть друкувати з використанням шести матеріалів і створювати 360 тис. комбінацій текстур і квітів. Це дозволяє створювати точні копії реальних об'єктів, в тому числі кісток і м'яких тканин. Багато лікарень в США вже відкривають власні лабораторії 3D-друку і співпрацюють з IT-компаніями, серед яких Stratasys, 3D Systems і Formlabs.

Таким чином, можна очікувати, що масове виробництво протезів піде в минуле, а на зміну їм прийдуть 3D-технології і можливість друкувати штучні тканини або кінцівки, точно відповідають потребам пацієнтів. Наприклад, зараз при установці стегнового протеза хірург часто змушений відрізати і висвердлювати кістки пацієнта, щоб протез встав на місце. В майбутньому стане звичайною практикою друк протеза, який не треба буде підганяти.

Ця технологія вже впроваджується в медустановах цілого ряду країн. Так, в січні лікарі госпіталю в Гонконзі використовували 3D-друк, щоб виготовити для жертви аварії металевий імплант, який замінив зруйновану таранну кістку, що сполучає гомілки зі стопою.

У Китаї ще у 2015 р. були офіційно схвалені надруковані на 3D-принтері штучні кульшові суглоби. До того часу 32 пацієнта в п'яти лікарнях Китаю вже отримали такі протези в рамках клінічних випробувань, і результат перевершив всі очікування. У серпні цього року китайці знову відзначилися: лікарі лікарні в Шанхаї замінили надрукованими на 3D-принтері протезами з титанового сплаву шість шийних хребців пацієнтці, яка страждає від хондросаркомы - різновиду раку кісток.

В Австралії в минулому році лікарі Sydney Spine Clinic у співпраці з медичною компанією Anatomics створили на 3D-принтері титанові імплантати замість двох шийних хребців, уражених хордомой - рідкісним видом пухлини. Крім самих кісток була виготовлена точна модель шиї пацієнта, щоб хірурги могли попрактикуватися перед складною операцією. А у вересні цього року хірурги госпіталю принцеси Александри в Брісбені провели першу в світі імплантацію надрукованого на 3D-принтері каркаса великої гомілкової кістки пацієнта, який страждав від серйозної форми остеомієліту.

До речі, 3D-друк моделей частин тіла, щоб попрактикуватися, як це зробили лікарі Sydney Spine Clinic, - теж вельми перспективний напрям. Спостереження показали, що попереднє використання точних тривимірних моделей органів репетиції хірургічних операцій знижує наноситься пацієнтам побічний збиток.

У США в Mayo Clinic - однієї з найбільших приватних клінік у світі - тільки в минулому році надрукували 500 моделей, які були використані для підготовки до хірургічних процедур. Однак поки цей процес вимагає часу. Так, на створення копії тазової області пацієнтки у медиків пішло 60 годин. Але фахівці клініки відзначають, що завдяки такій підготовці скорочується час на саму операцію.

Багатообіцяючим напрямком є і 3D-друк таблеток. Ще в березні минулого року в США отримало схвалення Адміністрації продовольства і медикаментів (FDA) і надійшла в продаж перші ліки, віддруковане на 3D-принтері, - протиепілептичні таблетки Spritam (леветирацетам) з індивідуальним дозуванням. Їх виробник - компанія Aprecia Pharmaceuticals - працює ще як мінімум над трьома медикаментами, що виготовляються тим же способом.

В допомогу 3D-принтера прийде MicroFactory

Можливо, скоро 3D-принтерів доведеться посунутися на ринку. Днями фахівці з компанії SRI International представили микроботов, які не тільки здатні виконувати функцію 3D-друку, але і мають ряд інших корисних навичок.

Микроботы отримали назву MicroFactory, тобто микрофабрика. Вони являють собою щось на зразок колонії мікроскопічних комах. Їх "робоче місце" організовано досить просто: поверхня, на якій розташовані роботи, генерує магнітне поле, а самі боти є крихітними магнітами. Спеціалізоване програмне забезпечення включає і вимикає в різних місцях майданчика магнітне поле, що регулює переміщення роботів.

Кожен микробот має свої інструменти, призначені для виконання вузькоспеціалізованих завдань. Наприклад, якщо потрібно створити ґрати, то частина роботів буде утримувати конструкцію, інша частина - будувати прути, а інші будуть наносити клей в точках дотику вертикальних і горизонтальних поверхонь. Роботи, які виконали своє завдання, завмирають у "режимі очікування", а вичерпали запас робочого матеріалу відправляються самостійно його поповнити.

Основним плюсом нової технології є те, що MicroFactory, на відміну від 3D-принтерів, можуть використовувати самі різні матеріали при створенні конструкцій. Микроботы також здатні поєднувати основу з готовими компонентами (резисторами, світлодіодами, мікросхемами і т. д.), щоб у підсумку виходило повністю готове до роботи виріб.

Проте не потрібно поспішати протиставляти MicroFactory і 3D-принтери. Ці дві технології можуть чудово уживатися один з одним і разом робити те, на що окремо не здатні. "Система микроботов MicroFactory може працювати і разом з традиційними 3D-принтерами, - підкреслює головний інженер проекту Аннджо Вонг-Фой. - Роботи будуть будувати міцний каркас, а принтер надрукує корпус пристрою. Ми розглядаємо MicroFactory як додаток до технології тривимірної друку. Такий симбіоз двох різних підходів дозволить суттєво розширити можливості сучасних технологій виробництва".

Друкувати можна навіть живі тканини

На початку жовтня Національний інститут зору (NEI) США визнав 3D-друк кращою технологією відновлення зору. Хворобами сітківки та пов'язаними з нею дефектами зору страждають мільйони американців. За даними NEI, близько 1,3 млн людей в Америці сліпі, а 2,9 млн - вважаються слабозорими. Тому інститут постійно шукає нові способи лікування дефектів зору, в тому числі спричинених віковими змінами. Для цього він створив програму 3D Retina Organoid Challenge, в рамках якої науковці з усієї країни повинні були представити інноваційні методи лікування сітківки. Кращим був визнаний проект вчених Мерілендського університету за його "ефективність, масштабованість і відтворюваність". Команда під керівництвом Ерін Лэвик отримала $90 тис. за метод створення живої сітківки шляхом 3D-друку прямо всередині структури сітківки декількох шарів дорослих нейронів, отриманих з так званих КПС (клітин - попередників сітківки). Цей метод 3D-друку може допомогти в лікуванні дегенерації жовтої плями, глаукоми, діабетичної ретинопатії та інших хвороб сітківки.

Раніше в Австралії педіатричний дослідний інститут MCRI і компанія тривимірної биопечати Organovo Holdings оголосили про співпрацю у створенні штучної людської нирки, яка допоможе у випробуванні ліків і розробці методів регенерації тканин. "Ми розробили підхід по відновленню людських тканин нирок зі стовбурових клітин. За допомогою биопринтера Organovo у нас з'явилася можливість надрукувати ці клітини і створити більш точну модель нирки", - говорить професор Меліса Літтл. На здійснення цього задуму некомерційний фонд Methuselah Foundation виділив $500 тис.