Архитектура, еда, медицина: какие отрасли изменит 3D-печать в ближайшие годы
Основатель и управляющий директор интернет-магазина Top 3D Shop Василий Киселев написал для рубрики «Будущее» колонку об изменениях, которые произойдут в сфере медицины, ювелирного дела, автомобильной отрасли, инженерного производства, строительстве и архитектуре, сфере обслуживания и образования с распространением 3D-печати. Автор рассказывает, чего профессионалы в этих сферах уже добились, и что будет дальше.
Прогресс, как известно, идет по спирали, каждый из витков которой знаменуется принципиальным изменением подхода к производству, что сразу отражается на объеме производимой продукции, ее качестве и доступности для потребителя.
Когда-то люди начали применять паровые машины на фабриках, потом стали массово использовать электричество, еще позже изобрели конвейерное производство. На каждом из этих этапов производственная культура делала резкий рывок в стремлении удовлетворить растущие потребности потребителей.
В наши дни фактором, давшим новый толчок прогрессу, стало распространение цифровых технологий — технологий 3D-моделирования, 3D-сканирования, объёмной печати и роботизации. Цифровые технологии изменяют саму концепцию производства, делая его дешевле, точнее, быстрее и удобней.
Медицина
Нет ничего важнее здоровья, и уже сегодня цифровые технологии становятся незаменимы в этой области. 3D-моделирование и 3D-печать успешно применяются в сфере, где особенно важен индивидуальный подход и строгое соответствие создаваемого предмета анатомии пациента.
![f93f7bfcd7dafc.jpg](https://static40.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/ed/b1/c7/f93f7bfcd7dafc.jpg)
Просканировав область вмешательства и объединив данные с компьютерной томографией, врачи могут смоделировать и распечатать необходимый имплантат с точностью до долей миллиметра. После этого проверяется правильность геометрии полученного имплантата и происходит подготовка к операции на распечатанной по томографии пациента 3D-модели.
Такие технологии уже несколько лет применяются во всем мире, а теперь и в России.
Также уже несколько лет создаются доступные бионические протезы, дающие новые возможности людям с ампутированными конечностями.
![4c71db2373f574.jpg](https://static49.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/fb/6e/38/4c71db2373f574.jpg)
Причем не только для людей.
Врачи распечатывают индивидуальные шины, ортезы и лангеты, фиксирующие конечности при лечении переломов — они намного более удобны в применении и комфортны для пациента, чем традиционный гипс. Один из отечественных проектов, изготавливающих такие фиксирующие конечности, — «Здравпринт».
![](https://static41.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/1d/b4/d6/74240395ff0fc8.png)
Новые 3D-технологии применяют также в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Они позволяют планировать и проводить лечение, а также проектировать и создавать индивидуальные протезы и временные коронки как отдельных зубов, так и целых челюстных фрагментов.
![2f98bc667bb2c4.jpg](https://static46.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/7c/27/56/2f98bc667bb2c4.jpg)
![](https://static49.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/b7/9b/21/d712e665f2b5a6.jpg)
Как это происходит:
- Совмещается 3D-скан челюсти пациента с данными компьютерной томографии для высокоточного планирования размещения имплантата с учетом качества кости пациента, расположения нерва и артерии.
- Определяется размер и форма имплантата и требуемый угол его установки.
- По этим данным на 3D-принтере печатается хирургический шаблон, не допускающий врачебную ошибку при установке имплантата во время операции.
- Печатается или фрезеруется временная коронка для правильного заживления мягких тканей на послеоперационный период.
- Печатается или фрезеруется постоянная металлокерамическая коронка из биосовместимого металла (титан или кобальт-хром).
![](https://static47.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/2f/3d/2f/60b93597a14331.jpg)
Применяется 3D-печать и в ортодонтии. С ее помощью создают элайнеры — приспособления, исправляющие прикус, пришедшие на смену неудобным и травмирующим брекет-системам.
![e59df2b5cc0760.jpg](https://static41.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/b3/d5/a0/e59df2b5cc0760.jpg)
![](https://static43.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/86/a5/04/d6edec06ef8002.jpg)
Этот метод набирает обороты по всему миру, и я решил протестировать на себе одно из таких решений. Элайнеры почти невидимы, но они действительно корректируют положение зубов.
![](https://static48.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/c7/29/e4/a90003bb032f0e.png)
Но самой ожидаемой в медицине остается, конечно, печать живых органов. Многие знают про напечатанное на 3D-принтере ухо; ведутся работы с клетками мышц, печени и кожи. В будущем такие технологии позволят полностью восстанавливать поврежденные или утраченные ткани и органы.
![26319a64b8721f.jpg](https://static45.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/d9/c3/16/26319a64b8721f.jpg)
Кстати, при «Сколково» существует известный в медицинских кругах стартап 3D Bioprinting Solutions, которому удалось напечатать мышиную щитовидную железу. Это первый шаг к изготовлению живых органов для трансплантации человеку.
![d5b3b70951f1ae.jpg](https://static44.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/42/73/f3/d5b3b70951f1ae.jpg)
Ювелирное дело
Цифровые технологии применяют в производстве ювелирных изделий, бижутерии и аксессуаров. Трехмерное моделирование позволяет создать точный цифровой макет будущего изделия и распечатать сначала прототип, дающий мастеру возможность подержать в руках и доработать изделие заранее.
![](https://static44.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/6f/80/8c/487d73957646a5.jpg)
После этого печатается или фрезеруется модель из выплавляемого или выжигаемого воска или фотополимера, которая заливается гипсом для получения литьевой формы и выгорает (выплавляется) в процессе заливки, позволяя металлу заполнить форму и точно повторить малейшие нюансы будущего изделия.
Сам процесс выглядит так:
![](https://static46.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/73/32/92/d32a7933edd6e0.jpg)
![000b6303cf67db.jpg](https://static49.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/83/a0/04/000b6303cf67db.jpg)
Уже есть 3D-принтеры, печатающие непосредственно драгметаллами, но пока цена порошка для таких машин слишком высока для постоянного применения.
Инженерное производство
В инженерном производстве давно используют цифровые технологии, такие как CAD 3D-моделирование, 3D-сканирование и трёхмерная печать. Новый тренд — применение промышленных роботов и автоматических станков.
![4c352b2f9182bf.jpg](https://static42.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/68/e0/29/4c352b2f9182bf.jpg)
Например, 3D-сканированием пользуются при контроле качества, а 3D-печать применяется, вместе с автоматизированными фрезерными и токарными станками в производственных цехах.
![2b67055e95c538.jpg](https://static48.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/9f/ce/7c/2b67055e95c538.jpg)
Уже существуют промышленные принтеры, способные создавать трёхмерные формы внушительных размеров. 3D-принтер, изображенный на фото выше, может печатать объекты диагональю в несколько метров.
Недалек тот день, когда созданный инженерами проект, представленный в цифровом виде, будет полностью воплощаться в жизнь промышленными роботами.
Автомобильная отрасль
В первую очередь это создание CAD 3D-моделей и прототипирование. Сейчас этот симбиоз вышел на новый уровень — из конструкторских бюро попал в производство. Глобальная роботизация начинается как раз с автомобилестроения, и армия роботов, пока не без помощи людей, уже осуществляет сборку автомобилей на заводах. Вот так это выглядит на Tesla Factory:
Уже есть рамы и кузова, полностью напечатанные на 3D-принтере.
![6f55d68d1abba8.jpg](https://static48.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/ee/40/b6/6f55d68d1abba8.jpg)
Это относится и к тюнингу — молдинги, спойлеры, декоративные элементы, колесные колпаки. Что уж говорить об отдельных небольших элементах — функциональных деталях и деталях оформления, многие из которых можно распечатать на небольшом бытовом принтере.
![04663ec4ddf370.jpg](https://static42.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/d7/5a/c2/04663ec4ddf370.jpg)
![6de691ff5e537b.jpg](https://static41.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/c7/c9/ab/6de691ff5e537b.jpg)
3D-сканирование применяется и в ремонте, оно позволяет с высокой точностью диагностировать отклонения в геометрии кузова и легко создавать модели для последующей печати элементов на замену.
![4292fe25903a76.jpg](https://static48.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/b9/51/5a/4292fe25903a76.jpg)
С развитием технологий объемной печати, позволяющих печатать сложные функциональные детали из различных материалов, могут появиться и полностью напечатанные автомобили, каждая деталь которых будет создана 3D-принтером.
Строительство
Во всём мире ведутся эксперименты по применению 3D-печати в строительстве. В этой сфере технология применяется как при проектировании, где очень полезны промышленные 3D-сканеры и специальные программы, так и непосредственно в создании объектов.
Специальные строительные 3D-принтеры печатают модульные блоки и целые здания из бетона. В России одним из пионеров строительной 3D-печати стала компания «Спецавиа», которая этим методом уже возвела несколько объектов.
![](https://static49.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/5d/d6/e6/a945fe460da1f1.jpg)
Строительная 3D-печать позволяет создавать объекты необычных и нестандартных форм, недоступных для обычного серийного строительства. При этом производство происходит из стандартных смесей с применением армирования.
![2ee4ff1ef3b623.jpg](https://static43.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/5c/ad/be/2ee4ff1ef3b623.jpg)
Уже скоро могут появиться агрегаты, которые за считанные часы будут печатать, например, небольшой коттедж — от фундамента и коммуникаций до флюгера на крыше.
Архитектура и макетирование
Уходят в историю времена, когда архитекторам для создания макетов зданий приходилось пачкать руки клеем и дышать испарениями разрезаемого раскаленной проволокой пенопласта. Всё большее место занимает ПО и технические устройства, позволяющие намного удобнее и быстрее, а главное — точнее создавать макеты будущих объектов.
![](https://static47.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/73/f0/30/8ba7a46d153cd9.jpg)
3D-принтеры способны распечатывать, в зависимости от размеров, части или целые макеты, с точностью, о которой раньше никто и не мечтал. Малейшие архитектурные элементы видны на них столь же отчетливо, как на уже построенных зданиях. Стоимость самих макетов становится ниже, а скорость изготовления — выше.
![](https://static41.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/9c/35/e5/72a5933e1928b1.jpg)
Есть технологии, позволяющие печатать сразу в цвете, причем не только из гипса или бумаги, но и из композитного пластика, дающего возможность печатать градиентами и с разной степенью прозрачности.
![cab62ef6143197.png](https://static40.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/eb/77/e0/cab62ef6143197.png)
![43da26513bb047.jpg](https://static42.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/12/77/81/43da26513bb047.jpg)
![](https://static44.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/2e/e4/40/1b3db08c2d2bf6.jpg)
Применяются эти технологии и любителями, хобби которых — создание миниатюр. Например, масштабных моделей различной техники, как стендовых, так и функциональных.
![8c5949f6f5b47e.jpg](https://static44.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/93/95/2c/8c5949f6f5b47e.jpg)
![584ae756bdce36.jpg](https://static44.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/f1/96/ae/584ae756bdce36.jpg)
Скоро макеты и модели будут неотличимы от настоящих объектов. Не считая явной разницы в размерах, конечно.
Образование
Не так давно в школах появился новый предмет — технология. В рамках этой дисциплины школьники изучают цифровое производство. В том числе 3D-печать и сканирование, создание 3D-моделей.
![](https://static46.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/dd/20/59/e6a96fa90b88a5.jpg)
В Москве есть FabLab при МИСиС, созданный в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом; в Санкт-Петербурге их два: FabLab Politech и FabLab Spb.
ЦМИТы (Центры молодежного инновационного творчества) — аналогичные формирования, не относящиеся непосредственно к сети FabLab, их ещё больше.
![73fd685c02cc6a.jpg](https://static41.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/fc/e9/72/73fd685c02cc6a.jpg)
Все эти образовательные учреждения в полной мере используют последние достижения 3D-технологий — 3D-принтеры и сканеры, 3D-ручки и другое оборудование.
В ближайшем будущем сеть ЦМИТов будет расти, и они станут неотъемлемым элементом образования. Можно ожидать появления подобных организаций в каждом населённом пункте и каждом районе крупного города, что обеспечит рост технической образованности населения и скорейшее развитие связанных с этой областью технологий и сегментов бизнеса.
Быт и сфера обслуживания
3D-печать идеальна для создания всевозможных полезных мелочей для дома.
![813054d38e169b.jpg](https://static42.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/20/a1/c0/813054d38e169b.jpg)
Хороша она для печати запчастей к сломавшейся бытовой технике, фурнитуры для мебели и многого другого.
![73b685b72861d8.jpg](https://static47.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/17/56/97/73b685b72861d8.jpg)
Можно создать с нуля игрушку для ребёнка или скачать 3D-модель из интернета и придать ей уникальности в программе-редакторе.
![](https://static44.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/5b/b8/6a/49c643a8c02b6c.jpg)
Такая игрушка по себестоимости будет дешевле покупной и гораздо интереснее для ребенка, поскольку он будет вовлечен в процесс ее создания.
Купив 3D-принтер, родители могут печатать хоть несколько разных игрушек в день: от простых до самых сложных и развивающих — благо, тысячи моделей уже доступны для бесплатного скачивания.
![](https://static44.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/f0/a2/b9/1a2a277779f73b.png)
Можно украсить свое жилье статуэткой любимого человека или себя самого — уже доступна услуга сканирования и печати 3D-портрета, как бюста, так и в полный рост. В том числе и полноцветного.
![3dcc4bcf61a388.jpg](https://static41.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/20/63/15/3dcc4bcf61a388.jpg)
Постоянно разрабатываются всё новые и новые материалы для трёхмерной печати, обладающие всевозможными механическими и эстетическими свойствами, а 3D-принтеры и расходники постоянно дешевеют. Через несколько лет такой аппарат может стать неотъемлемой частью почти каждого жилища, как сейчас — телевизор. И неудивительно — полезность этого устройства в быту сложно переоценить.
Еда
Существует несколько серийно выпускаемых и достаточно популярных пищевых 3D-принтеров. Одни из них печатают конфеты любой заданной формы из специального расходного материала. Такие аппараты почти ничем не отличаются от обычных 3D-принтеров. Есть и более специализированные инструменты.
Например, английский Choc Creator печатает шоколадом как плоские картины (например, для оформления тортов), так и объемные объекты.
![](https://static45.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/c8/07/5f/a4071bb40895af.png)
![](https://static42.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/22/b1/14/25823515dd3ae6.png)
![](https://static41.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/e9/86/29/dd43bb5549e1da.jpg)
Принтер Foodini создан для печати еды из свежих продуктов.
![dadc8831f62dde.png](https://static46.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/18/6b/19/dadc8831f62dde.png)
Конструкция позволяет загрузить в него несколько различных ингредиентов и получать на выходе разнообразные блюда. Фиш-н-чипс, например:
![](https://static40.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/b1/25/92/3ff823754592a5.jpg)
Или полезных овощных динозавриков:
![2f28d8145b296e.jpg](https://static44.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/5b/58/dc/2f28d8145b296e.jpg)
Есть и специальный принтер для блинов, позволяющий печатать блины и оладьи любой формы. Он, кстати, и стоит относительно недорого, и в обращении прост. На фото Pancake Bot готовит блин в виде космонавта и наш логотип.
![](https://static42.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/c3/e4/3a/19b4d37092b5c3.jpg)
![7c6e7055193066.jpg](https://static42.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/41/61/13/7c6e7055193066.jpg)
Технология создания пищевых 3D-принтеров совершенствуется. Можно предположить, что в ближайшем будущем появятся недорогие и общедоступные кухонные 3D-принтеры, как специализированные, так и универсальные, в идеале — совмещенные с кухонным комбайном и духовкой.
Итого
Как мы видим, технологии цифрового производства распространились во все области деятельности человека. Это неудивительно, учитывая их полезность и относительную простоту работы с ними.
Рынок аппаратов для 3D-печати и сканирования постоянно растет, а вместе с ним — разнообразие представленных моделей и материалов для печати. Увеличивается качество работы 3D-принтеров — скорость печати и разрешение, диапазон применимых материалов и размеры рабочих областей. Цены же становятся всё ниже.
![c4db53aeef6878.jpg](https://static49.siliconrus.cmtt.ru/paper-media/75/bb/b4/c4db53aeef6878.jpg)
В ближайшие годы эта технология получит еще большее распространение и кардинально изменит представления о производстве вещей, делая их более доступными и уникальными. А это, если задуматься, скажется на культуре производства и потребления и изменит облик повседневной жизни человека.
© vc.ru