Где используют 3D-печать в России — от авиации до строительства

Индустрия 3D-печати каждый год представляет все более невероятные разработки. Искусственные органы, дома, продукты питания уже печатаются на 3D-принтерах во всем мире. Российские инженеры также вносят свой вклад в развитие аддитивных технологий. Рассказываем о наиболее интересных отечественных разработках в области 3D-печати.

Поселок в Ярославской области

Независимо от того, что печатает 3D-принтер, изделие всегда создается послойно. При возведении зданий и сооружений также создается 3D-модель — именно по ней и строится объект. 3D-принтер, на котором она печатается, собирается прямо на строительной площадке, а его размеры могут доходить до нескольких десятков метров. В качестве расходных материалов используются смеси на основе цемента, песка, гипса и других составляющих.

В России на таких принтерах изначально изготавливали отдельные элементы: полы, стены и так далее. В 2017 году появился первый дом, напечатанный целиком, находится он в подмосковном Ступине. А в 2021 году компания «АМТ», резидент Сколково, объявила о строительстве целого поселка в Ярославской области. На площади в 1,5 га с помощью 3D-принтера S-300 планируется возвести 12 зданий. Первый дом был построен всего за 27 часов. Согласно предварительной оценке, стоимость одного квадратного метра в этом здании составит около 20 тыс. рублей. Предполагается, что в поселке будут жить студенты учебного центра по 3D-строительству, а все дома будут непохожи друг на друга.

Строительный 3D-принтер. Фото: «АМТ»

Детали для авиадвигателей

В авиации аддитивные технологии еще более востребованы, чем в других сферах. Все дело в том, что 3D-печать позволяет изготавливать детали авиатехники значительно быстрее и существенно снижать их вес. В России их печатают в Центре аддитивных технологий.

С момента создания Центра здесь изготовили более 450 видов деталей. Среди них — завихрители камеры внутреннего сгорания, рабочие и сопловые лопатки, кольцо центробежного колеса и другие. Все это — компоненты двигателей российских самолетов и вертолетов: МС-21, Ка-62, Ка-226Т, Ансат-М. Производство основано на технологии селективного лазерного сплавления: в 3D-принтере частицы металлического порошка послойно сплавляются лазером, постепенно превращаясь в готовое изделие.

Корпус первой опоры компрессора для авиационного двигателя. Источник: Центр аддитивных технологий

Подвеска гоночного болида

Аддитивные технологии востребованы и в автомобилестроении — по той же причине: они позволяют делать более легкие детали. Мастодонты автомобильного бизнеса, такие как Ford, BMW и Ferrari, давно используют 3D-печать для создания машин-победителей «Формулы-1» и реконструкции старых автомобилей. А в России для участия в международных соревнованиях таким образом изготовили гоночный болид — еще и беспилотный.

Это изобретение команды студентов Bauman Racing Team из МГТУ им. Баумана. Автомобиль под названием BRT8D имеет мощность 95 л. с. и массу 280 кг. Без водителя машина сможет передвигаться только по специально оборудованной трассе с цветовыми конусами: в зависимости от их расположения она будет строить маршрут и производить маневры. Автомобиль также оснастят литийионной батареей емкостью 11 кВт·ч, рулевым управлением с электроусилителем и независимой двухрычажной подвеской. На 3D-принтере распечатали ключевую часть подвески — поворотный кулак. Деталь имеет особый бионический дизайн, а ее изготовление заняло всего 64 часа.

Рендер болида BRT8D. Фото: Bauman Racing Team

Протезы для кошек и собак

3D-печать применяется и в медицине. Российские специалисты давно изготавливают индивидуальные протезы из биосовместимых материалов не только для людей, но и для животных. Для кошек и собак, попавших в беду, новосибирские ветеринары и ученые из Томского политехнического университета разработали титановые импланты, которые печатаются на 3D-принтере. Они также изготавливаются по технологии SLM: частицы титанового порошка сплавляются лазером, а все производство занимает от 6 до 12 часов. Сверху на имплант наносится кальций-фосфатное напыление.

Самое важно в процедуре имплантации — чтобы протез прижился. Обычно это занимает от пары недель до нескольких месяцев. Благодаря пористой структуре и нанесенному покрытию имплант после установки полностью срастается с костью и становится с ней единым целым.

Искусственные органы

Протезы могут заменить человеку утраченные части тела. А что насчет внутренних органов? В области 3D-печати за это отвечает отдельное направление — биопринтинг. В России по нему лидирует компания 3D Bioprinting Solutions.

Еще в 2015 году весь мир облетела новость о том, что российские ученые изготовили щитовидную железу для мыши. Они взяли клетки жировой ткани здорового животного и, трансформировав их в стволовые, культивировали, пока клеток не стало достаточно для печати нового органа. Затем клетки вместе с гидрогелем поместили в биореактор, где они впоследствии срослись друг с другом, а гидрогель испарился. Полученная щитовидная железа имела несколько отличий от настоящей — например, у нее не было поверхностной пленки. Несмотря на это, «напечатанный» орган прижился в организме животных и выполняет все необходимые функции.

Кальмары и сладости

С помощью 3D-печати 3D Bioprinting Solutions изготавливает не только искусственные органы, но и продукты питания. Совместно с рестораном Twins Garden Ивана и Сергея Березуцких они напечатали кальмара из фасолевого белка — его могут есть люди с аллергией на морепродукты. По вкусу и текстуре «кальмар» практически не отличается от своего природного собрата.

Кальмар из фасолевой пасты. Фото: 3D Bioprinting Solutions

Посмотреть, как работает 3D-принтер для печати еды, можно в одном из московских магазинов «Азбука вкуса». В 2022 году в качестве эксперимента там поставили роботов, которые наносят на печенья рисунки в виде единорогов. В качестве материала для печати используется вареная сгущенка.

Конечная цель таких экспериментов с продуктами и 3D-печатью — разработка альтернативного мяса и полный отказ от животного белка. Когда технология будет доработана, это позволит корректировать состав продуктов и создавать для каждого человека максимально сбалансированный и богатый микроэлементами рацион.