3D-принтер печатает протез ступни. Обычное дело в 2015 году.
АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕНЯТ МЕДИЦИНУ, ПРОМЫШЛЕННОСТЬ И МОДУ.
Микеланджело Буонарроти приписывают тезис, согласно которому для создания прекрасной статуи необходимо применять субтрактивные технологии. В смысле — отсекать от камня лишнее. Но в современном мире можно и наоборот — добавлять «лишнее», то есть наносить материал на основу слой за слоем. Это и будут аддитивные технологии — один из мощнейших трендов последнего десятилетия вообще и 2015 года в частности. Обычно мы называем их 3D-печатью.
Органы из машины
В последние два года мы стали печатать всё подряд: одежду, мебель, оружие, еду, лекарства. Последний писк моды — это, конечно, биопринтинг. С ним связывают надежды на революцию в регенерационной медицине. Взять, к примеру, одну из сенсаций 2015 года: российские учёные из Лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions первыми в мире напечатали щитовидную железу. Её трансплантировали мышкам, страдающим от избытка йода в организме. Операция прошла успешно. Следующий этап — вырастить такой конструкт для человека.
Олег Лысак, Гендиректор Томского наноцентра «Роснано».
Учёные азартно ищут эффективные способы печати кровеносных сосудов. Так, недавно в Ливерморской национальной лаборатории (США) предложили использовать в качестве материала живые клетки и биочернила с питательными веществами. Столь же напряжённое соревнование идёт между биотехнологами, пробующими напечатать сердце, печень, мозг. Но нам, обывателям, пока рано надеяться, что скоро можно будет пойти в магазин и купить новый желудок. Эпоха искусственных висцеральных органов пока не наступила.
Иначе обстоит дело с протезами. Напечатанные руки, ноги и суставы становятся более-менее привычным явлением. В России подобными разработками занимаются, в частности, в Томском центре нанотехнологий Роснано. Директор центра Олег Лысак объясняет, почему напечатанная на 3D-принтере титановая заплатка лучше для черепа, чем обычная:
— Пластины, изготовленные с помощью аддитивных технологий, имеют правильную, анатомически наиболее подходящую форму. Поэтому операция длится на три часа меньше, срок реабилитации сокращается на две недели, а приживаемость такой заплатки составляет 98%, а не на 90.
Компания «Моторика», работающая на базе центра, с конца прошлого года занимается испытаниями многофункционального бионического протеза. В дополнение к нему она планирует выпустить серию игровых насадок, которые помогут детям, лишившимся руки. Всего планируется изготовить восемь типов насадок — от рогатки и компаса до квадрокоптера с пультом управления на тыльной стороне протеза.
[Кот Шрёдингера] Почему протезы делать проще, чем внутренние органы?
[Олег Лысак] На мой взгляд, печать сосудов, печени, сердца пока находится на стадии доклинических исследований. Остро стоят вопросы совместимости-отторгаемости. Если говорить про печать костей, то там есть нейтральный костный матрикс, который после внедрения протеза обрастает человеческими клетками. Это некая структура, которая быстро формируется и содержит в себе вещества, питающие клетки по мере их роста. А при печати печени важно не только физическое развитие — она должна функционировать. Я думаю, пройдёт лет двадцать — тридцать, прежде чем печать биологически активных органов станет отработанной, обкатанной, эффективной технологией.
Форсунки из машины
С 2014 года в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) аддитивные технологии применяют, чтобы печатать композитные шестерёнки для ремонта одной из сложнейших машин в мире — Большого адронного коллайдера. А на Международной космической станции 3D-принтер служит мини-фабрикой по выпуску мелких бытовых вещей.
Аддитивные технологии позволяют создавать лёгкие и прочные детали. Промышленность, как и наука, этот факт оценила, так что сегодня на 3D-принтерах печатают форсунки, части газовых турбин и реактивных двигателей, корпуса автомобилей... Самарский государственный аэрокосмический университет в 2015 году приступил к разработке первого в России принтера, печатающего компоненты из металла, — для нужд авиации и космоса.
1986 Изобретатель Чарльз Халл запатентовал стереолитографию — первую в мире технологию трёхмерного прототипирования. Её принцип — наращивание объекта слой за слоем — используется по сей день.
1995 Появилось словосочетание «3D-печать». Придумали его студенты Массачусетского технологического института Джим Бредт и Тим Андерсон.
2005 Трёхмерная печать стала цветной.
2009 Создан первый серийный биологический 3D-принтер. Материалом для печати послужили культивированные клетки (эпителиальные, соединительные, мышечные) и вспомогательные материалы (коллаген).
2012 Изготовлен первый 3D-принтер для домашнего пользования и быстрой печати любительского уровня.
Где-то уже наметился переход от выпуска отдельных образцов к серийному. Например, компания Avio Aero открыла завод по 3D-производству лопаток для двигателей, сопел.
[КШ] Будет ли когда-нибудь запущено массовое производство, например, холодильников или телевизоров на основе аддитивных технологий?
[ОЛ] Я думаю, скорее нет, чем да. Прежде всего из-за особенностей производства: не очень высокой скорости печати и высокой стоимости расходных материалов. С другой стороны, скорость растёт, порошки и принтеры становятся дешевле. Мне кажется, стоимость печати кубического сантиметра с каждым годом падает примерно на 10%. На самом деле больше всего сдерживает то, что сейчас мало кто умеет проектировать изделия под возможности аддитивных технологий. У нас в России вообще с компьютерным инжинирингом плохо. В мире на порядок лучше.
[КШ] То есть во всём мире аддитивные технологии — это сегодня, а у нас завтра?
[ОЛ] Россия в тренде, но отстаёт примерно на три — пять лет. Если представить, что у нас одиннадцать вечера, то завтра — это примерно пять утра следующего дня. И во многих странах это время уже наступило.
[КШ] Когда же 3D-принтеры будут в каждом доме?
[ОЛ] Вы можете купить его хоть сейчас. Но зачем? Всем кажется, что 3D-принтер — это прикольно: куплю домой — буду на нём что-то делать. И когда-нибудь люди даже поймут, что именно. Тем не менее результат применения аддитивных технологий можно увидеть уже сейчас (собеседник кивает на мой смартфон). Дизайн некоторых мобильных телефонов отрабатывается на прототипах, созданных с помощью 3D-печати. Аддитивные технологии используются при производстве самых разных вещей, от шестерёнок до экзоскелетов.
Каблук с лампочкой
[КШ] Как эти технологии можно усовершенствовать?
[ОЛ] Увеличить скорость печати, разнообразить материалы и возможность их сочетания, научиться программировать внутреннюю структуру будущего изделия.
[КШ] Действительно, 3D-принтеры пока не могут печатать разными материалами одновременно. Можем ли мы их этому научить?
[ОЛ] Да, это важный вопрос: как сочетать различные металлы, различные порошки друг с другом? Решения есть, но о результатах говорить рано. Пытаются даже отработать сочетание металлов и пластиков. Но это вряд ли получится.
[КШ] Недавно появился 3D-принтер со сканером и фрезерной головкой, способной менять готовые пластиковые прототипы. То есть его научили исправлять ошибки?
[ОЛ] Есть уже два принтера, которые сочетают функции 3D-печати и фрезера. Голландская компания Additive Industries создала машину, где работают сразу два принтера; дальше происходит термическое уплотнение, усадка, фрезеровка. Они засыпают порошок, а на выходе получают готовое изделие. Но это не исправление ошибок — просто постобработку выгодно производить сразу, не отходя от станка.
[КШ] Есть опасения, что с распространением 3D-печати целые отрасли промышленности останутся не у дел. Например, будет уничтожена модная индустрия, ведь каждый сможет печатать стильные кроссовки или туфли у себя дома. Что вы об этом думаете?
[ОЛ] Любая индустрия идёт по пути развития и углубления. Например, есть литьё в землю и есть высокоэффективное, высокоточное литьё металлов в кокиль (многоразовые металлические формы. — «КШ»). И то и другое существует и применяется. Аддитивные технологии открывают новые возможности в мире моды: в одежду можно будет впечатывать сенсоры, гаджеты, делать её одновременно красивой и удобной.
[КШ] Где ещё могут найти применение эти технологии? Мы будем пользоваться ими в быту?
[ОЛ] Скорее они изменят характер производства. Возможно, с их распространением в каких-то отраслях отпадёт необходимость в массовом выпуске, потому что с помощью 3D-печати удобно будет создавать изделия под запросы конкретного заказчика. Если сейчас мы получаем готовое изделие и нам говорят: берите и пользуйтесь, то в будущем мы сами сможем выбирать его дизайн, характеристики, материал. Структура промышленности станет модульной: заводы начнут выпускать отдельные заготовки, из которых, следуя пожеланиям заказчика, на месте будут собирать изделие. Возможно, появится такой потребительский тренд, как мода на продукты с одинаковой основой, но эксклюзивными деталями.
