IT ExpertМир технологийНаука и техника

3D-печать на службе науки

| 08.06.2015

ВКонтакт Facebook Google Plus Одноклассники Twitter Livejournal Liveinternet Mail.Ru

3D-печать на службе науки

Нет места курьезам

Из 3D-принтера в космос

Здоровье на распечатку


Изобретение аппарата для трехмерной печати на первых порах не стало чем-то революционным – скорее его сочли забавной, хоть и дорогостоящей, игрушкой. Изделиям из пластика, получаемым с его помощью, быстро нашли применение конструкторы и моделисты: для изготовления прототипа не требовалось привлекать производственные мощности, да и скорость воплощения технической мысли была высокой. Так и остались бы 3D-принтеры узкоспециализированной техникой, если бы не извечная жажда пытливых умов применить свои идеи в новом качестве.

Нет места курьезам

А их поначалу было предостаточно. И дело даже не в том, что отдельные умельцы печатали на 3D-принтерах элементы оружия, – появилась возможность создавать самовоспроизводящиеся механизмы (в проекте RepRap так делают узлы и компоненты для сборки аналогичного или улучшенного варианта). Затем в роли расходников в ход пошли металлы и минералы, различные наполнители, пищевые продукты и драгоценные металлы, строительные растворы и даже живые клетки.

img

Проект RepRap: принтеры печатают принтеры

В первую очередь этому способствовало совершенствование печатающей головки. На ранних этапах она представляла собой сопло с подогревом, через которое поступал размягченный полимер либо натуральный материал (воск или шоколад). Эта технология получила название «струйной» и до сих пор наиболее популярна. Второй подход предполагает лазер для спекания порошка (керамика, металл) или применение фотополимеров. Есть и другие методы, например дуговой электросварки.

Из 3D-принтера в космос

Одним из первых удачных образцов из металла стал прототип реактивного двигателя, развивающий скорость 33 тыс. об/мин. На его создание в General Electric ушло несколько лет, причем большая часть времени была затрачена на разработку и отлаживание технологии аддитивной печати. Суть ее в том, что металлический порошок, подаваемый в область печати, запекается лазером, послойно формируя образец по смоделированной на компьютере схеме. Разработчики умолчали о финишной обработке деталей, полученных таким образом, но она наверняка проводилась. Двигатель работает без проблем и готовится запуск серийного производства: при помощи аддитивной 3D-печати предполагается создавать топливные инжекторы.

img

Двигатель, созданный на 3D-принтере

Отличились и отечественные умы. Так, ученые Самарского государственного аэрокосмического университета предложили направлять лазер непосредственно в точку подачи порошка. Разрабатываемый ими принтер ориентирован на нужды аэрокосмической отрасли, а серийное производство ряда сложных деталей запланировано на 2017 год.

Коллеги из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения РАН намерены печатать детали из тугоплавких материалов: вольфрама, титана, тантала, ниобия и молибдена. Основой процесса станет усовершенствованная электронно-лучевая пушка, которая намного компактнее и легче своей 100-килограммовой предшественницы, разработанной 15 лет назад.

Свою лепту в развитие 3D-печати вносят стартапы. Например, в Carbon 3D Іnc. придумали уникальную технологию, основанную на способности специфических жидких составов кристаллизоваться под воздействием ультрафиолета. Собственно, на процесс печати это не слишком похоже – изделие словно достают из ванночки с раствором. Метод неординарный и перспективный: скорость получения модели в 20–100 раз выше, а поскольку устройство создает слои микроскопической толщины (МРТ наоборот), ему под силу формы, которые невозможно получить на обычном экструзионном аппарате.

img

Технология жидкой 3D-печати

Здоровье на распечатку

Поспевает и медицина: серия экспериментов в фармацевтике показала, что 3D-печать позволит создавать быстро/медленно растворяемые таблетки, обеспечивая точную дозировку препарата. Разработчики преисполнены оптимизма, полагая, что в 2019 году больные смогут печатать таблетки в домашних условиях, воспользовавшись специальным сырьем и компьютерным рецептом-моделью.

А бронхиальные имплантаты (искусственные хрящи), созданные в Мичиганском университете (University of Michigan, США) из особого полимерного материала – поликапролактона, спасли жизнь нескольким малышам, появившимся на свет с редкой патологией. Протезы подгонялись индивидуально под каждого пациента на основе модели, построенной при помощи МРТ-сканирования. Готовый имплантат обеспечит нормальное функционирование гортани в течение двух-трех лет, растягиваясь и подстраиваясь под растущий организм, после чего самостоятельно рассосется.

img

Искусственный хрящ

В Европейской ассоциации по исследованию сердечнососудистой системы применяют 3D-печать для создания модели сердца детей с врожденными пороками. А значит, у врачей появится возможность не только точно изучить проблему, но и продумать ход оперативного вмешательства таким образом, чтобы свести к минимуму нагрузку на организм и повысить шансы на удачный исход лечения. Технология не нова: более 20 лет ее применяют в челюстно-лицевой хирургии, но только сейчас появились высокоточные сканеры, способные отработать картину в динамике.

Есть подвижки и в онкологии. Институт исследования рака в Лондоне освоил моделирование опухолей на 3D-принтере, что позволяет разрабатывать более точные схемы терапии рентгеновским излучением. Регулировать зону облучения и мощность прибора стало гораздо проще, появилась возможность проводить его в приграничной зоне, минимально затрагивая здоровые ткани.

Выводы

Трехмерная печать все смелее проникает в наукоемкие сферы – от медицины до космической отрасли. Скорее всего, именно там она сможет развиваться интенсивнее всего. Но и потребительские нужды не останутся без внимания.

    [ Подписка на журнал ]

Мероприятия

02.10.2018 — 03.10.2018
Открытая конференция для бизнеса и ИТ «ACCELERATE»

Москва, Краснопресненская набережная, 14 Экспоцентр

02.10.2018
Практики построения современного трейдинга

Москва, Арарат Парк Хаятт, зал Саргсян

04.10.2018 — 05.10.2018
БИТ Санкт-Петербург 2018

Санкт-Петербург, проспект Медиков, дом 3, Конгресс-центр «ЛПМ»

06.10.2018 — 07.10.2018
CIO Congress «Болдинская осень

Нижний Новгород, Пансионат Морозовский