3D-печать

Трехмерная печать постепенно завоевывает все сферы жизни, от возведения домов до создания искусственных органов.

Дома

С тех пор, как в марте 2017 компании New Story и ICON показали первый напечатанный за 24 часа дом стоимостью $4000, началось соревнование за звание самого дешевого жилья, созданного с помощью технологий 3D-печати. В 2018 году свое решение, еще более доступное и экологически чистое, представила итальянская компания WASP. Себестоимость ее дома в четыре раза ниже и при строительстве используются только материалы, добытые на месте. Устойчивый дом с практически нулевым воздействием на окружающую среду обходится в 900 евро.

На 25% он состоит из почвы, взятой прямо на месте стройки (30% глины, 40% ила и 30% песка), на 40% — из измельченной рисовой соломы, на 25% — из рисовой шелухи и на 10% из гидравлической извести. На возведение стен площадью 30 кв.м и толщиной 40 см ушло 10 дней. При этом дом не требует охлаждения или отопления, поскольку круглый год сохраняет среднюю, комфортную температуру внутри помещения.

Индийская компания Tvasta справилась гораздо быстрее — за два дня. В качестве основного строительного материала для дома она использовала специально разработанный бетон, который не застревает в 3D-принтере, и при этом быстро застывает и держит форму.

В будущем Tvasta собирается печатать дома с помощью натуральных материалов вроде стабилизированного грунта. Или применять альтернативные цементирующие материалы, например, геополимеры. Правда, специалисты Tvasta признаются: когда дело дойдет до стройки в реальных условиях, двух дней будет недостаточно.

Tvasta планирует печатать составные части домика площадью 30 кв.м примерно за три дня, а собирать его «под крышу» в течение недели.

Однако рекордсменами по скоростной печати домов в 2018 году стали американские морпехи. Всего за 40 часов они построили бетонный барак, впервые в мире применив технологию непрерывной 3D-печати прямо на месте.

Мосты

В Нидерландах, на Dutch Design Week в Эйндховене, для публики представили первый напечатанный стальной мост. Он представляет собой уникальную конструкцию без единой прямой линии. Длина моста 12 метров, а для его создания инженерам понадобились четыре робота и 4,5 тонны стали. Компания MX3D изначально планировала, что на его печать уйдет два месяца, но в итоге инженерам пришлось потратить на это почти год.

В Китае компания Shanghai Construction Group напечатала на 3D-принтере похожую конструкцию только вместо стали был использован акрилонитриловый стирол акрилат — пластик с добавлением стекловолокна. Обычно это вещество используют для создания прототипов в 3D-печати. Материал рассчитан на долгосрочное воздействие солнечных лучей, дождя и других погодных условий.

Молочно-белый мост 15,25 м в длину, 3,8 м в ширину и 1,2 м в высоту был напечатан за 35 дней. Его вес составляет 5,3 т — на сегодняшний день это самый тяжелый пластиковый объект, напечатанный на 3D-принтере. Мост выдерживает нагрузку в 250 кг на квадратный метр, по нему могут одновременно ходить 60 взрослых.

11 января 2019 года мост установили в центральном парке района Taopu Smart City. По словам заместителя генерального инженера компании-производителя Чэнь Сяомина, проектный срок службы данного моста составляет 30 лет.

Части тела

Искусственные бионические органы пока существуют только в научной фантастике. Однако новые технологии, в первую очередь трехмерная печать, приближают реализацию этой идеи.

Американские ученые из Университета Юты разработали технологию 3D-печати искусственных хрящей и сухожилий из стволовых клеток, извлеченных из жировой ткани человека. По словам исследователей, благодаря новому методу пациентам с повреждениями связок и сухожилий или разрывами межпозвоночных дисков можно будет просто пересадить напечатанный на 3D-принтере фрагмент. В рамках метода из жировой ткани пациента извлекают стволовые клетки, которые затем используются для 3D-печати на поверхности гидрогеля. Таким образом, ученые получают фрагмент связки или сухожилия, который растет в лаборатории, а потом может быть пересажен пациенту. Технология позволит пациентам получать заменяющие ткани без дополнительных операций и необходимости поиска тканевой «основы» из здоровых неистощимых участков в организме. В команде отмечают, что сейчас технология предназначена для создания сухожилий, связок и межпозвоночных дисков, однако в будущем ее можно приспособить для 3D-печати других тканей и даже целых органов.

Ученым из Гарварда после 10 лет работы удалось приблизиться к созданию искусственного сердца, - они разработали технологию по созданию действующей биомодели левого желудочка человеческого сердца и напечатали ее на принтере.

Модель так хорошо реагировала на внешние раздражители, что ученым удалось построить для нее биореактор, в котором искусственная часть сердца нормально жила более полугода. Установка снабдили шлюзами, через которые экспериментаторы проводили различные манипуляции – от заражения модели болезнетворными микробами до установки искусственных клапанов без риска для жизни носителя. В перспективе - создание уже полноразмерного сердца.

Материалы

Трехмерная печать позволяет производить материалы с такими сложными внутренними структурами, которые раньше невозможно было себе представить. Например, специалисты Колумбийского университета создали искусственную древесину, практически неотличимую от настоящей.

Обычно для многоцветной 3D-печати используются внешние цветовые текстуры, покрывающие мономатериальную сердцевину. Американские инженеры представили другой технологический процесс, состоящий из томографии и печати. С его помощью они создали искусственную копию дерева — причем со всей структурой волокон. А швейцарские ученые создали очень легкий пористый материал, жесткость которого близка к теоретическому пределу.

От велосипедов до ракет

Первый в мире напечатанный электромотоцикл продемонстрировала в 2018 году немецкая лаборатория NOWlab — консультанты по инновациям изготовителя промышленных 3D-принтеров BigRep. Прототип собрали из 15 напечатанных деталей, добавив к ним лишь электромотор, батарею и фару. С помощью аддитивных технологий создали даже бескамерные шины — в демонстрационном ролике Nerabike без амортизаторов «ведет» на брусчатке.

Технология 3D-печати позволила итальянской автомобильной компании XEV и полиграфической фирме Polymaker, специализирующейся на печати, выпустить электромобиль LSEV (ow-speed electric vehicle), который, как утверждают его создатели, станет первым серийным автомобилем, напечатанным на 3D-принтере.

По словам производителей, все видимые части их автомобиля, исключая шасси, кресла и стёкла, напечатаны на 3D-принтере. Такой подход позволил сократить общее количество деталей с 2000 до 57! Это не считая тех деталей, которые не перевели на трёхмерную печать. Также такое исполнение позволило сделать машину невероятно лёгкой — всего 450 кг. Автомобиль, как полагают производители, будет стоить около 7500 долларов, сможет развивать скорость около 70 км/ч, а автономность составит примерно 150 км.

Компании уже получили заказ на 7000 автомобилей LSEV: 5000 от итальянской почтовой компании Poste Italiane и 2000 — от международной лизинговой компании Arval. Стартап из Кремниевой долины Arevo, на первый взгляд, выступил с менее амбициозным проектом и представил первую в мире раму велосипеда из углеродного волокна с использованием методов трехмерной печати. Однако байк понадобился инженерам компании лишь для демонстрации возможностей своего программного обеспечения в проектировании и создании сложных по форме деталей из сверхпрочного углепластика.

Arevo разработал технологию быстрого и дешевого производства так называемых составных деталей из углеродного волокна. Это сулит переворот в авиастроении и космической промышленности, где требуются легкие и в то же время очень прочные детали.

Трехмерная печать также начала уже осваивать космос. Стартап Rocket Lab доставил на орбиту шесть спутников и прототип солнечного паруса, который должен решить проблему космического мусора. Самая примечательная часть технологии — двигатель собственной разработки Rutherford. Абсолютное большинство его компонентов напечатано на 3D-принтере.

По материалам сайтов: hightech.plus, 3dpulse.ru, techcult.ru, ixbt.com