Как российские разработки сделали мир аддитивных технологий лучше: 4 кейса
Аддитивные технологии – это метод создания предметов при помощи 3D-принтера. Данный способ еще называют «выращиванием»: 3D-принтер печатает деталь методом наслаивания материала – поэтому складывается впечатление, что она «растет на глазах». Разберемся, в чем плюсы аддитивных технологий и какие примеры их успешного использования есть в России.
3D-печать и ее преимущества
Аддитивные технологии выводят производство на новый уровень – и современные производители это понимают. Если в 2014 году в мире всего 49 компаний выпускали системы 3D-печати, то в 2017-м их число увеличилось до 97.
Инновации в 3D-печати оказались под пристальным вниманием российских разработчиков. На это есть ряд причин:
• аддитивное производство позволяет контролировать количество материала, не перерасходуя его;
• на 3D-принтере можно создать деталь любой геометрической сложности;
• 3D-печать требует меньше времени и энергоресурсов, чем классическое производство.
Все это пригодилось бы в различных сферах: от медицины до космонавтики.
Поэтому власти России активно помогают отрасли развиваться. По заказу правительства и Министерства промышленности, в 2016 году под руководством ФГУП «ВИАМ» был разработан «Комплексный план по развитию и внедрению аддитивных технологий в РФ на период 2018-2025 гг.». В разработке плана участвовало более тридцати организаций из ГК «Росатом», «Роскосмос» и «Ростех», а также ведущие вузы страны и Фонд фундаментальных исследований.
Результат совместной работы налицо. Вот последние инновации, созданные в России для развития аддитивных технологий.
Кейс 1. Биопринтинг
Российские ученые видят перспективу в широком применении 3D-печати в медицине. К примеру, ученые Института регенеративной медицины при Первом МГМУ им. И.М. Сеченова разрабатывают собственный биомедицинский 3D-принтер. Разработки ведут совместно с китайскими коллегами из детской больницы Чунцинского медицинского университета.
Сегодня одна из главных задач исследователей – трехмерная печать хрящей и суставов для имплантации. Ученые озабочены тем, что при имплантации существует высокий риск отторжения тканей. Мало того, что в таких случаях операцию нужно повторять – иногда потеря времени может привести к летальному исходу.
Выход из этой ситуации был найден в 3D-принтинге. Напечатанные на 3D-принтере опорные матриксы засеивают «родными» стволовыми клетками пациента – таким образом, риск того, что ткань не приживется, снижается практически к нулю.
Кейс 2. Помощь из космоса
Для нормальной работы современных 3D-биопринтеров необходим каркас – полимерная матрица, не дающая материалу расползаться и перегреваться.
Каркас – самая важная, но и самая опасная деталь: во время работы она расходует много токсичного материала. Поэтому к улучшению технологии 3D-принтинга привлекли астрофизиков.
С 2010 по 2017 год в российском сегменте МКС проходил цикл экспериментов на установке «Кулоновский кристалл», контролирующей работу мелких заряженных частиц в невесомости. В ходе эксперимента выяснилось, что трехмерные структуры можно получать из тысяч клеток, используя магнитные левитаторы и атомы металла гадолиния (частицы, справляющиеся с невесомостью в космической технике).
Сейчас технология проходит первые испытания. Пока ученым удалось напечатать на улучшенном 3D-принтере миниатюрные шарики из хрящевых клеток овцы, но в дальнейшем устройство будут использовать в медицине.
Кейс 3. Авиация и 3D-принтинг
Самолетостроение в России тоже находится на пороге 3D-революции. Благодаря новейшим разработкам теперь можно чинить самолеты без сваривания.
Проблема в том, что при использовании газовой или лазерной сварки в точке вмешательства возникает сильное термическое напряжение, что негативно сказывается на механических характеристиках конструкции.
Институт ЭкоТех «МИСиС» совместно с французскими коллегами из Лиона предлагает обойтись без нагрева металла до температуры плавления. С помощью 3D-моделирования можно «вырастить» изношенную или поврежденную деталь прямо на месте повреждения.
Так, благодаря разработкам исследователей самую дорогую часть самолета – авиационный двигатель – теперь можно чинить без замены деталей. Это дешевле, быстрее, а главное – продлевает строк эксплуатации самолета.
Кейс 4. Новый вид пластика
Если сейчас существует огромное количество 3D-принтеров, то материалов – еще больше. И большинство из них не сочетается между собой. К примеру, неподходящий пластик при нагревании может забить печатающие головки 3D-принтера, что приведет к его поломке.
Озадаченный этой проблемой, резидент московского технопарка «Калибр» представил универсальный PLA-пластик, который подходит для любого 3D-принтера. Пока у материала нет аналогов в мире.
«PLA-пластик – биоразлагаемый и термопластичный полиэфир, его можно получить даже из картофеля и кукурузы. Материал нетоксичен и легко утилизируется. В “Калибре” изменили свойства пластика: он стал термостойким, не липнет и не забивает детали машины», – рассказал председатель совета директоров «Калибра» Михаил Коган.
По состоянию на 2018 год компании из ЕС и России заказали у «Калибра» 1,5 тонны PLA-пластика.
Материал уже используют школьники и студенты для обучения 3D-печати, а также инженеры и дизайнеры для производства макетов.
Российские разработчики держат руку на пульсе 3D-принтинга. Более того, именно в России предлагают уникальные решения, способные улучшить аддитивные технологии. У нас есть что показать миру: убедитесь в этом на выставке 3D Print Expo, которая пройдет 12-13 октября в Москве.
