Мосты, искусственные органы, космические спутники — всё это (и не только) теперь можно напечатать с помощью 3D-принтера. «Мел» и 1С объясняют, как взрослые и дети создают такие сложные вещи и почему 3D-моделированию полезно учиться со школы.

К фильмам в 3D-формате мы уже привыкли и не удивляемся летающим бабочкам вокруг или каплям дождя. А вот с 3D-моделированием и 3D-печатью всё не так очевидно. Хотя сейчас спроектировать предмет на компьютере, а потом распечатать его в объёмном виде могут даже дети. В 90-е и 2000-е 3D-принтерами пользовались только инженеры и дизайнеры, а теперь такие технологии появляются в вузах и школах. Вот восемь вещей, которые создают с помощью трёхмерной печати уже сейчас (даже страшно представить, что смогут печатать дети, когда вырастут!).

Что печатают на 3D-принтерах дети и подростки

1. Музыкальные инструменты

11-летнему датчанину Дэйну Ярвису по-настоящему повезло с учителем музыки. На репетиции Лиза Байер рассказала ему про музыкальные инструменты, напечатанные на 3D-принтере. Идея так захватила школьника, что он начал копить деньги на покупку принтера, а учительница даже добавила недостающую часть. В итоге за 24 часа они вместе напечатали пластиковую скрипку, прототипом которой стала Hovalin — напечатанная модель скрипки Страдивари.

Лиза считает, что их инструмент звучит ничем не хуже привычных деревянных скрипок, разве что немного тише. Напечатанные на 3D-принтере инструменты отлично подходят для занятий в школах — они более долговечны. А ещё их можно «раскрашивать» в разные цвета. Теперь Дэйн и Лиза планируют создать полноценный школьный оркестр с трёхмерными музыкальными инструментами.

2. Ортезы (шины) под конкретного пациента

В начале 2017 года московский школьник Никита Круглов распечатал на 3D-принтере шину, которая помогает переломам быстрее срастаться. Она подгоняется под конкретного пациента и его травму. Пациенту сканируют повреждённую руку или ногу, а потом делают под неё уникальную 3D-модель шины. Остаётся только распечатать. Но и это ещё не всё: Никита встроил в шину специальный прибор, который издаёт ультразвуковые импульсы. Он стимулирует кости производить больше костного белка — за счёт этого костные ткани лучше срастаются. Судя по первым клиническим испытаниям, такой 3D-ортез лечит быстрее на 30%.

Похожие изобретения есть и в других странах. Например, американский программист Бодо Хонен напечатал бионический 3D-ортез для своей дочери. Ей парализовало руку, но она ещё могла чуть-чуть шевелить кистью и пальцами. Программист отсканировал руку ребёнка и спроектировал лёгкую конструкцию, которая закрепляется на плече и предплечье. Девочка управляет ортезом с помощью привода из 17 датчиков (он улавливает даже слабые нервные сигналы). В итоге подвижность руки начала восстанавливаться.

3. Космические спутники и детали для МКС

Индийский старшеклассник Рифат Шарук сконструировал самый маленький в мире спутник — KalamSat. 3D-кубик сделан из углеродного волокна и весит всего 64 грамма. Внутри кубика — микрокомпьютер и восемь датчиков, которые измеряют ускорение спутника, магнитосферу Земли и другие важные данные. Проект победил на конкурсе Cubes in Space, который проводится при поддержке NASA. А уже в июне 2017 года KalamSat запустили в пробный суборбитальный полёт. Через 125 минут после взлёта спутник отделился от ракеты и упал в море (его, конечно, потом выловили, чтобы расшифровать данные).

А учёные Томского политехнического университета и Сибирского отделения РАН разработали 3D-принтер для печати в невесомости. Он поможет российским космонавтам производить детали, которые нужны на МКС, прямо во время полётов. Томские школьники напечатали первую деталь, которая отправилась на МКС для экспериментов. В 2018 году туда передадут и сам принтер.

4. Принтеры, которые печатают принтеры

Выпускник волгоградской школы Михаил Козенко в 14 лет собрал свой первый 3D-принтер из подручных материалов. Он просто читал книги по машиностроению и ради любопытства печатал разные фигурки. А в 16 лет понял, что хочет быть не просто инженером, а инженером свободным (не ограничивать себя возможностями техники). Напечатал на первом принтере второй, улучшенный, и создал собственную компанию VolgoBot.

Его устройства для объёмной печати почти не отличаются от западных аналогов, а сделать на них можно всё что угодно. Купленные у Михаила аппараты уже работают в пяти регионах России. Так хобби стало бизнесом. Корпус и стойки Михаил делает из российских материалов, а детали для внутренней электроники заказывает в Китае. Хотя в будущем мечтает самостоятельно производить все комплектующие.

---

Что печатают на 3D-принтерах взрослые

1. Мосты через реку

Компания MX3D строит в Амстердаме пешеходный мост, все части которого печатает на 3D-принтере. Разработчики ещё в 2015 году планировали возвести мост прямо на глазах горожан и туристов. Но оказалось, что стены канала недостаточно прочные. Поэтому канал сейчас укрепляют, а проект планируют закончить весной 2018 года (пока он готов только на 30%). Четыре принтера будут одновременно возводить две симметричные половины моста с разных берегов, пока они в итоге не соединятся в середине. Тем временем, на юге Нидерландов открыли первый в мире мост для велосипедистов, который напечатали из бетона.

Голландцев опередили испанцы. В конце 2016 года Институт современной архитектуры Каталонии (IAAC) представил первый в мире 3D-печатный пешеходный мост. Бетонная конструкция находится в Алькобендасе, пригороде Мадрида. Длина моста — около 12 метров, ширина — 1,75 метров. Строители не забыли об экологии и оптимизировали утилизацию непищевых отходов (они перерабатывались прямо во время производства).

2. Жилые дома

Строить здания с помощью аддитивных технологий быстро, недорого и экологично. В мире этот способ практикуют уже несколько лет: например, в Китае начали печатать многоэтажки уже в 2014 году. А в России попробовали лишь в начале этого года. Авторы проекта — компания Apis Cor (разработчики гигантского 3D-принтера) и «Группа компаний ПИК». Конструкцию печатали одновременно и снаружи, и внутри — управились за 24 часа. Теперь в подмосковном Ступине можно найти уютный дом с прихожей, гостиной, кухней и санузлом. И он не такой хрупкий, как может показаться на первый взгляд: плоская крыша легко выдерживает залежи снега.

3. Искусственные органы (даже человеческую кожу!)

Биопринтинг появился в начале 2000-х. Именно тогда стало ясно, что распылитель струйного принтера не деформирует живые клетки. Теперь с помощью печатающих головок можно распылять различные типы клеток, чтобы в итоге они соединились в живую ткань. Сегодня врач делает компьютерную томограмму, а потом распечатывает точный имплантат всего за пару часов. 3D-принтеры умеют печатать ушные раковины, клапаны сердца, трубки сосудов и даже костную ткань.

Совсем недавно команда испанских ученых из ведущих университетов Мадрида представила биопринтер для трёхмерной печати, который воспроизводит кожу человека. Напечатанная кожа — совсем как натуральная: состоит из внешнего защитного слоя эпидермиса и внутренних слоев дермы. Даже процесс выработки коллагена идёт самостоятельно.

4. Автомобили

Автомобильная промышленность активно применяет новые технологии в производстве и ремонте машин. Начиналось всё с трёхколесной гибридной модели Urbee 2 — некоторые детали её интерьера напечатаны на 3D-принтере. Правда, разгонялась она всего до 112 километров в час. Более поздний электрический автомобиль Strati мог разгоняться всего до 65 километров в час, зато несущий кузов печатался как единая деталь. На автомобильной выставке в Детройте разработчики за 44 часа создали этот автомобиль на глазах у посетителей.

Спустя год вышел суперкар Blade. Каркас, кузов и даже шасси у него сделаны из углепластиковых трубок и соединены друг с другом алюминиевыми деталями. В общем, автомобиль практически полностью напечатан на трёхмерном принтере. Машина разгоняется до 100 километров в час за две секунды и в разы легче обычных автомобилей. Создатели Blade говорят, что 3D-печать существенно снизит уровень загрязнения окружающей среды.

---

Текст: Анна Винокур