Коли з'являться люди з принтера і 3D-ракети

Технології 3D-друку зараз використовуються буквально скрізь, включаючи виробництво, медицину, транспорт, космос, будівництво та ін. За допомогою таких технологій споруджують житлові будинки і вілли, друкують одяг і взуття, ювелірні прикраси, продукти харчування і навіть зброю. За оцінками аналітичної компанії Canalys Research, обсяг продажів на світовому ринку 3D-принтерів, а також супутніх матеріалів та послуг до кінця 2016 р. досягне $4,9 млрд, а до 2020-го — $22,4 млрд. C розвитком тривимірних (або, як їх ще називають, адитивних) технологій сфери їх застосування істотно розширюються, і мало не кожен місяць в цій області відбуваються міні-революції.

Авіабудування, транспорт, медицина та космос — сфери, в яких 3D-технології розвиваються найбільш активно. Приміром, днями британська оборонна компанія BAE Systems оголосила, що збирається будувати за допомогою 3D-друку військові безпілотники. До того в конструкції мілітаристських лайнерів використовувалися лише деякі деталі, надруковані на 3D-принтерах. Переваги застосування у військовій справі адитивних технологій очевидні: літаки можна буде друкувати у польових умовах, тут же їх збирати і вводити в військові операції.

Принтер для британської армії сконструював професор Лі Кронін з Університету Глазго. Він каже, що його машина являє собою своєрідний "хімічний комп'ютер", який допоможе створювати літальні апарати за максимально короткий термін. Це досягається за рахунок надшвидкісних хімічних реакцій на молекулярному рівні. Зараз в американській і британській армії тестують нові системи військових безпілотників, які, літаючи "зграями", здатні виконувати надскладні завдання — від розвідки до знищення супротивника. Крім того, передбачається, що такі комплекси замінять у найближчому майбутньому на полі бою солдатів.

Саме такі літальні апарати і буде штампувати принтер Кроніна. Коли BAE Systems отримає цю машину, фахівці компанії зможуть вирощувати літаки за два або три тижні, тоді як зараз на це йде кілька місяців, а іноді і років. Сьогодні Кронін працює над технологією автономного цифрового синтезу, яка дозволить максимально роботизувати всі процеси створення літальних апаратів, а значить, ще більше їх прискорити.

Будувати літаки з допомогою 3D буде не тільки BAE Systems. На міжнародній аерокосмічній виставці ILA 2016 компанія Airbus представила перший літак, повністю надрукований на 3D-принтері. Фахівці говорять, що застосування адитивної друку в авіабудуванні допоможе істотно скоротити час створення літаків, а також заощадити гроші на їх виробництво та паливо: "друковані" машини легше, а значить, витрачають менше пального і наносять менший шкоди навколишньому середовищу. До 2020 р. Airbus має намір налагодити масове виробництво тривимірних деталей не тільки для літаків, але й для інших літальних апаратів, включаючи ракети-носія Ariane 6. Деталі будуть виготовляти з композиційних матеріалів, які на 30-50% легше металевих аналогів.

3D-друк все впевненіше проникає в транспортну галузь. Друкують деталі до авто такі концерни, як Ford і Audi. А Local Motors до кінця цього року повинна вивести на ринок перший готовий 3D-автомобіль, причому за дивно низькою ціною в $53 тис. А японська компанія Daihatsu, яка входить до Toyota Group, презентувала модель Daihatsu Copen, яку можна модернізувати за допомогою надрукованих на 3D-принтерах елементів. Щоб змінити зовнішній вигляд Daihatsu Copen, до моделі досить замовити одну з можливих 15 текстурованих оболонок, які легко закріпити на корпусі. Замовлені деталі друкують з пластику протягом двох тижнів. Запчастини для Copen теж створюють на 3D-принтері, тому їх не доведеться зберігати на складі. Daihatsu Copen з'явиться на ринку вже в цьому році.

А нещодавно компанія Rolls-Royce представила 103EX — концепт-кар класу люкс, створений за допомогою адитивної друку. Це безпілотний електромобіль з двома двигунами, потужність кожного з яких становить 250 кВт. Модель повністю управляється системами штучного інтелекту. Передбачається, що зовнішній вигляд авто будуть робити під замовлення з допомогою 3D, враховуючи індивідуальні побажання клієнта.

Друкують також яхти, мотоцикли, безпілотні автобуси — загалом, 3D стане принциповою технологією при створенні транспорту майбутнього.

Ще одна принципово важлива сфера застосування тривимірної друку — це медицина. Зокрема, вже роблять зубні 3D-імплантати і протези згідно з індивідуальними параметрами кожного пацієнта. А 3D-друковані імплантати для хребта, кульшових та стегнових суглобів в точності відповідають оригіналу і дозволяють вилікувати пацієнтів з дуже складними захворюваннями опорно-рухового апарату. Крім того, за допомогою 3D-друку можна швидко виготовляти доступні і функціональні протези, ідеально підігнані під конкретного пацієнта.

Фахівці кажуть, що майбутнє трансплантології однозначно за биопечатью — вирощуванням штучних органів і тканин, які замінять донорські органи. Вчені з медичної школи Уейк-Форест представили биопринтер, який друкує з живих клітин людські тканини, здатні зберігати свою форму і приживатися в організмі. У перспективі надруковані на биопринтере тканини і органи можуть замінити штучні протези.

У багатьох світових лабораторіях вчені розробляють методики 3D-друку штучної шкіри, на якій можна проводити експерименти і використовувати для пересадки. Шведські дослідники з центру SkinResQU при Технічному університеті Чалмерса запустили проект з вивчення потенціалу технологій биопечати для лікування різних форм раку шкіри. Крім того, 3D-друковані тканини дозволять лікувати захворювання, пов'язані з патологіями тканин, а також травмами і опіками. Розробками в області биопечати також активно займається відомий виробник косметичної продукції L'oreal: за участю біотехнологів Organovo, компанія буде використовувати друковану шкіру для тестування нової косметики і парфумерії.

Тривимірну друк стали також використовувати, щоб допомогти сліпим і слабозрячим: 3D-принтер дозволяє швидко створювати тактильні картки, книги та інші інформаційні посібники. А фахівці з Національного університету Сінгапуру пристосували 3D-принтер для друку таблеток з певною програмою дозування. Такі пігулки мають більш тривалий термін зберігання і починають діяти в строго визначений час. Методика дозволяє створювати таблетки у відповідності з індивідуальними потребами кожного пацієнта.

У цьому році медики почали використовувати не тільки 3D, але 4D-друк для друку тактильних моделей кісток і органів, які можуть рухатися, максимально точно імітуючи рух природних аналогів. Це допомагає підготуватися до складних операцій: на основі комп'ютерної томографії роблять точні копії органів пацієнта, які надають важливу інформацію про його анатомічні особливості. 4D-тактильні моделі можуть імітувати рух і змінюватися в часі, як це роблять справжні кістки.

Активно розвиваються 3D-технології і в сфері космосу, що робить його засвоєння більш дешевим, простим і ефективним. Нещодавно на станції МКС з'явився вдосконалений 3D-принтер, який може друкувати необхідні деталі і предмети з різних полімерних матеріалів в умовах невагомості. А дослідники з Варшавського технологічного університету представили марсохід "Арес-2", корпус ультразвукового сенсора і чотири колеса якої надруковані на 3D-принтері.

Завдяки цьому вага комплектуючих вийшов в три рази менше. Передбачається, що розробка буде використовуватися для дослідження Марса. На 3D-принтерах польські вчені друкують також літальні апарати для дослідження стратосфери і електромагнітного поля Землі, спостереження за метеоритами.

Нещодавно американське космічне агентство NASA підписало угоду на $1,6 млрд з Aerojet по створенню за допомогою 3D поліпшених частин ракетних двигунів для РС-25. А каліфорнійська компанія Made In Space отримала від NASA грант на реалізацію ідеї по перетворенню астероїдів за допомогою тривимірних технологій у системи, самостійно доставляють корисні копалини до космічних гірничодобувним станцій.

В рамках проекту RAMA до скупчення астероїдів запустять космічний корабель-принтер, який буде видобувати корисні копалини з невеликих небесних тіл, а потім за допомогою тривимірних та інших технологій змінювати курс руху астероїдів і запускати їх на місце будівництва різних систем. У Made In Space вважають, що такий підхід набагато ефективніше, ніж відправка зонда для захоплення й доставки астероїда до потрібної станції, як це планувалося раніше. На реалізацію підготовчих робіт місії RAMA американське космічне агентство планує виділити $600 тис.