Техно

Когда появятся люди из принтера и 3D-ракеты

Современные технологии печати позволяют обновлять биологические органы, создавать военную технику нового поколения и запускать трехмерные космические корабли

Технологии 3D-печати сейчас используются буквально везде, включая производство, медицину, транспорт, космос, строительство и пр. С помощью таких технологий сооружают жилые дома и виллы, печатают одежду и обувь, ювелирные украшения, продукты питания и даже оружие. По оценкам аналитической компании Canalys Research, объем продаж на мировом рынке 3D-принтеров, а также сопутствующих материалов и услуг к концу 2016 г. достигнет $4,9 млрд, а к 2020-му — $22,4 млрд. C развитием трехмерных (или, как их еще называют, аддитивных) технологий сферы их применения существенно расширяются, и чуть ли не каждый месяц в этой области происходят мини-революции.

Авиастроение, транспорт, медицина и космос — сферы, в которых 3D-технологии развиваются наиболее активно. К примеру, на днях британская оборонная компания BAE Systems объявила, что собирается строить с помощью 3D-печати военные беспилотники. До того в конструкции милитаристских лайнеров использовались лишь некоторые детали, напечатанные на 3D-принтерах. Преимущества применения в военном деле аддитивных технологий очевидны: самолеты можно будет печатать в полевых условиях, тут же их собирать и вводить в военные операции.

Принтер для британской армии сконструировал профессор Ли Кронин из Университета Глазго. Он говорит, что его машина представляет собой своеобразный «химический компьютер», который поможет создавать летательные аппараты за максимально короткий срок. Это достигается за счет сверхскоростных химических реакций на молекулярном уровне. Сейчас в американской и британской армии тестируют новые системы военных беспилотников, которые, летая «стаями», способны выполнять сверхсложные задачи — от разведки до уничтожения противника. Кроме того, предполагается, что такие комплексы заменят в обозримом будущем на поле боя солдат. 

Именно такие летательные аппараты и будет штамповать принтер Кронина. Когда BAE Systems получит эту машину, специалисты компании смогут «выращивать» самолеты за две или три недели, тогда как сейчас на это уходит несколько месяцев, а иногда и лет. Сегодня Кронин работает над технологией автономного цифрового синтеза, которая позволит максимально роботизировать все процессы создания летательных аппаратов, а значит, еще больше их ускорить.  



Строить самолеты с помощью 3D будет не только BAE Systems. На международной аэрокосмической выставке ILA 2016 компания Airbus представила первый самолет, полностью напечатанный на 3D-принтере. Специалисты говорят, что применение аддитивной печати в авиастроении поможет существенно сократить время создания самолетов, а также сэкономить деньги на их производство и топливо: «печатные» машины легче, а значит, расходуют меньше горючего и наносят меньший вред окружающей среде. К 2020 г. Airbus намерена наладить массовое производство трехмерных деталей не только для самолетов, но и для других летательных аппаратов, включая ракету-носителя Ariane 6. Детали будут изготавливать из композиционных материалов, которые на 30–50% легче металлических аналогов.

3D-печать все увереннее проникает в транспортную отрасль. Печатают детали к авто такие концерны, как Ford и Audi. А Local Motors до конца этого года должна вывести на рынок первый готовый 3D-автомобиль, причем по удивительно низкой цене в $53 тыс. А японская компания Daihatsu, входящая в Toyota Group, презентовала модель Daihatsu Copen, которую можно модернизировать с помощью напечатанных на 3D-принтерах элементов. Чтобы изменить внешний вид Daihatsu Copen, к модели достаточно заказать одну из 15 возможных текстурированных оболочек, которые легко закрепить на корпусе. Заказанные детали печатают из пластика в течение двух недель. Запчасти для Copen тоже создают на 3D-принтере, поэтому их не придется хранить на складе. Daihatsu Copen появится на рынке уже в этом году.

А недавно компания Rolls-Royce представила 103EX — концепт-кар класса люкс, созданный с помощью аддитивной печати. Это беспилотный электромобиль с двумя моторами, мощность каждого из которых составляет 250 кВт. Модель полностью управляется системами искусственного интеллекта. Предполагается, что внешний вид авто будут делать под заказ с помощью 3D, учитывая индивидуальные предпочтения клиента.

Печатают также яхты, мотоциклы, беспилотные автобусы — в общем, 3D станет принципиальной технологией при создании транспорта будущего.

Еще одна принципиально важная сфера применения трехмерной печати — это медицина. В частности, уже делают зубные 3D-имплантаты и протезы согласно индивидуальным параметрам каждого пациента. А 3D-печатные имплантаты для позвоночника, коленных и бедренных суставов в точности соответствуют оригиналу и позволяют излечить пациентов с очень сложными заболеваниями опорно-двигательного аппарата. Кроме того, при помощи 3D-печати можно быстро изготавливать доступные и функциональные протезы, идеально подогнанные под конкретного пациента.

Специалисты говорят, что будущее трансплантологии однозначно за биопечатью — выращиванием искусственных органов и тканей, которые заменят донорские органы. Ученые из медицинской школы Уэйк-Форест представили биопринтер, который печатает из живых клеток человеческие ткани, способные сохранять свою форму и приживаться в организме. В перспективе напечатанные на биопринтере ткани и органы могут заменить искусственные протезы.

Во многих мировых лабораториях ученые разрабатывают методики 3D-печати искусственной кожи, на которой можно проводить эксперименты и использовать для пересадки. Шведские исследователи из центра SkinResQU при Техническом университете Чалмерса запустили проект по изучению потенциала технологий биопечати для лечения различных форм рака кожи. Кроме того, 3D-печатные ткани позволят лечить заболевания, связанные с патологиями тканей, а также травмами и ожогами. Разработками в области биопечати также активно занимается известный производитель косметической продукции L'Oreal: при участии биотехнологов Organovo, компания будет использовать печатную кожу для тестирования новой косметики и парфюмерии. 



Трехмерную печать стали также использовать, чтобы помочь слепым и слабовидящим: 3D-принтер позволяет быстро создавать тактильные карты, книги и прочие информационные пособия. А специалисты из Национального университета Сингапура приспособили 3D-принтер для печати таблеток с определенной программой дозировки. Такие пилюли имеют более длительный срок хранения и начинают действовать в строго указанное время. Методика позволяет создавать таблетки в соответствии с индивидуальными потребностями каждого пациента.

В этом году медики начали использовать не только 3D-, но 4D-печать для печати тактильных моделей костей и органов, которые могут двигаться, максимально точно имитируя движение природных аналогов. Это помогает подготовиться к сложным операциям: на основе компьютерной томографии делают точные копии органов пациента, которые предоставляют важную информацию об его анатомических особенностях. 4D-тактильные модели могут имитировать движение и изменяться во времени, как это делают настоящие кости.

Активно развиваются 3D-технологии и в сфере космоса, что делает его освоение более дешевым, простым и эффективным. Недавно на станции МКС появился усовершенствованный 3D-принтер, который может печатать необходимые детали и предметы из различных полимерных материалов в условиях невесомости. А исследователи из Варшавского технологического университета представили марсоход «Арес-2», корпус ультразвукового сенсора и четыре колеса которого напечатаны на 3D-принтере.

Благодаря этому вес комплектующих получился в три раза меньше. Предполагается, что разработка будет использоваться для исследования Марса. На 3D-принтерах польские ученые печатают также летательные аппараты для исследования стратосферы и электромагнитного поля Земли, наблюдения за метеоритами.

Недавно американское космическое агентство NASA подписало сделку на $1,6 млрд с Aerojet по созданию с помощью 3D улучшенных частей  ракетных двигателей для РС-25. А калифорнийская компания Made In Space получила от NASA грант на реализацию идеи по превращению астероидов с помощью трехмерных технологий в системы, самостоятельно доставляющие полезные ископаемые к космическим горнодобывающим станциям.

В рамках проекта RAMA к скоплению астероидов запустят космический корабль-принтер, который будет добывать полезные ископаемые из небольших небесных тел, а потом с помощью трехмерных и других технологий изменять курс движения астероидов и запускать их на место строительства различных систем. В Made In Space считают, что такой подход намного эффективнее, чем отправка зонда для захвата и доставки астероида к нужной станции, как это планировалось раньше. На реализацию подготовительных работ миссии RAMA американское космическое агентство планирует выделить $600 тыс.