Что можно напечатать на 3D-принтере?

Когда человек впервые узнает о существовании 3D-принтера и 3D-печати, чаще всего он задается вопросами, почему я должен купить 3D-принтер и что я смогу на нем делать.

На первый вопрос мы ответили в нашей статье 10 причин купить 3D-принтер для домашнего использования, а на второй постараемся ответить в этом посте.

Перед нами стоит достаточно трудновыполнимая задача, потому что возможности принтеров и 3Д печати настолько безграничны, что уместить все ответы в один пост в принципе невозможно.

Мы не будем вас утомлять перечислением бесконечных вариантов моделей, которые можно напечатать на домашнем 3D-принтере, но постараемся показать несколько направлений, где потенциал 3D-печати проявился в максимальном разрезе.

Учитывая рост 3D-печати за последние 10 лет, напрашивается вывод, что в обозримом будущем она будет иметь очень широкое применение, и может стать особенно мощной в сочетании с такими тенденциями, как массовая персонализация.

Эту статью могут читать как новички в этой сфере, так и эксперты этой инновационной технологии. Поэтому прежде, чем мы перейдем к удивительным примерам использования 3D-принтера по всему миру, стоит сказать пару слов о самой технологии 3D-печати.

Как работает 3D-печать?

3D-печать (также известная как «аддитивное производство») включает в себя создание 3D-объекта из цифрового файла. После передачи файла 3D-принтер накладывает последовательные слои материала до тех пор, пока объект не будет готов.

Каждый слой представляет собой тонкий (обычно, 0.1-0.2 мм) поперечный разрез фактического объекта.

Большинство материалов, используемых в 3D-печати, представляют собой термопласты — тип пластиков, которые становятся жидкими при нагревании, но затвердевают при охлаждении и не теряют прочности.

Однако по мере развития технологии исследователи находят все новые и новые материалы, которые можно использовать в 3D-печати.

Помимо пластика можно использовать металл, бетон, биоматериалы, пищевые продукты и даже лунную пыль.

Основное преимущество аддитивного подхода заключается в том, что даже самые сложные формы могут быть созданы простым способом и с использованием меньшего количества материалов, чем традиционные методы производства (что хорошо для окружающей среды и прибыли).

Помимо этого сокращаются потребности в транспортировке, так как вы можете прибрести 3D-модель (цифровой файл) на другом конце света, а напечатать в своем родном городе.

3D-печать также меняет правила игры в сфере быстрого прототипирования, индивидуального производства и создания персонализированных продуктов.

Это самая адаптированная и экономичная технология для проектирования и создания одноразовых, уникальных, новых или эксклюзивных товаров.

Чем отличается 4D-печать?

4D-печать — это то же самое, что и 3D-печать, но с изюминкой. Благодаря этому новому измерению 3D-печатные объекты обладают способностью изменять свою форму сами по себе под влиянием внешних факторов, таких как свет, тепло, электричество, магнитное поле и т. д.

Это явление изменения формы 3D-печатных объектов основано на способности материала трансформироваться с течением времени в ответ на определенные раздражители и не требует вмешательства человека для облегчения процесса.

Говоря простыми словами, создаваемый объект можно запрограммировать на изменение своей формы при появлении определенных триггеров, таких как вода или тепло.

Например, коробка для хранения может сплющиться, или конструкция может восстановиться после повреждения погодными условиями.

Но по сути, 4D-печать — это новаторское звено в аддитивном производстве, а это значит, что она все еще находится на экспериментальной стадии.

Удивительные примеры 3D и 4D печати в действии.

Как вы, наверное, понимаете, технологии 3D- и 4D-печати могут произвести революцию в индустриальном мире и изменить процедуру тривиального производства. Но эти технологии имеют гораздо более широкое применение, чем привычные промышленные процессы, и многие варианты применения 3D-печати могут вас реально удивить.

Вот 9 удивительных и неожиданных способов применения аддитивного производства.

1. Кости и мышцы.

В Институте регенеративной медицины Уэйк Форест исследователи смогли напечатать кости, мышцы и уши — процесс, известный как биопечать, — и успешно имплантировать их животным. Что действительно интересно, так это то, что печатная ткань выжила после имплантации и стала функциональной тканью.

Исследования Wake Forest в значительной степени финансировались Институтом регенеративной медицины вооруженных сил, военной организацией, работающей над разработкой регенеративных методов лечения тяжелораненых солдат.

Разработка трансплантируемых тканей, напечатанных на 3D-принтере, безусловно, может принести пользу как военнослужащим, так и гражданским лицам.

Сотни тысяч людей в настоящее время стоят в очереди на трансплантацию органов.

Био 3D-печать могла бы полностью отменить списки ожидания за счет органов «на заказ», специально разработанных для отдельных пациентов на основе МРТ и компьютерной томографии.

Одной из самых основных задач в области биопечати является заставить отпечатанную ткань выжить достаточно долго, чтобы сформировать кровеносные сосуды и нервы и полностью интегрироваться с телом, в которое она имплантирована, поэтому это исследование и эксперимент невероятно многообещающие.

2. Яичники.

Преодоление бесплодия часто является длительным, болезненным и дорогостоящим процессом. Но один новаторский эксперимент дает надежду на то, что в будущем мы сможем увидеть новый инновационный подход к лечению. В Медицинской школе Фейнберга Северо-Западного университета в Чикаго мышам имплантировали синтетические напечатанные яичники.

Яичник был создан с использованием пористого каркаса из желатина. Желатин представляет собой форму коллагена, самого распространенного белка у млекопитающих. По сравнению с натуральным коллагеном желатин более расщеплен, поэтому его можно превратить в чернила, которые можно использовать в 3D-принтере.

Самка мыши с синтетическими яичниками, созданными на 3D-принтере, зачала и родила здоровое потомство. Исследователи заявили, что исследование может привести к лечению бесплодия у женщин, больных раком.

3. Выпечка.

Украинский архитектор, ставший шеф-кондитером, Динара Касько сделала себе имя в Instagram, опубликовав фотографии своей поразительной геометрической выпечки. Динара использует 3D-принтер для создания невероятных форм, которые она потом отливает и продает по всему миру.

Черпая вдохновение в математических моделях, а также в окружающих ее объектах, Динара Касько создает непревзойденные шедевры кондитерского искусства. Они настолько хороши, что иногда их даже немножко жалко есть.

В нашем блоге мы писали о Динаре и ее тортах еще в 2017 году, когда она только начинала экспериментировать с формами и выходить на мировой рынок.

Для своего стартапа она использовала обычный домашний 3D-принтер и PLA-пластик для 3D-печати.

Ее история успеха однозначно заслуживает внимания и является отличным примером превращения хобби в стартап.

4. Еда.

3D-принтер Foodini производства Natural Machines предназначен для создания персонализированных печатных блюд. Он может печатать пиццу, бобовые гамбургеры и ряд более полезных блюд из съедобных ингредиентов.

Если в предыдущем пункте мы описывали косвенное использование 3D-принтера для создания форм для выпечки, то теперь мы переходим непосредственно к печати еды на 3D-принтере.

Пищевой 3D-принтер не только позволяет создавать самые непредсказуемые формы в вашей тарелке или на вашем тосте, но и преобразовывать культуру потребления пищи.

На рисунке ниже представлен один и тот же завтрак. Это традиционная овсяная каша. Но согласитесь, что овсянка, напечатанная на 3D-принтере выглядит значительно аппетитнее.

Foodini является частью проекта консорциума под названием #EITOncofood, который фокусируется на новых, инновационных пищевых решениях для больных раком. Проект учитывает потребности в питании и сенсорные изменения, способствуя получению удовольствия от еды и предотвращая недоедание.

В результате своих исследований они выяснили, что печать продуктов в абстрактных, необычных формах очень желательна. Получая такую необычную презентацию, у пациентов возникает ощущение, что кто-то готовит еду специально для них.

5. Здания.

Рассказывая о возможностях 3D-печати нельзя не упомянуть архитектурную сферу. 3D-принтеры и 3D-печать значительно упростили жизнь архитекторам и инженерам. Ни для кого не секрет, что перед воплощением архитектурного сооружения в жизнь архитекторы создают его масштабную модель.

Архитектурная модель — это физическое представление конструкции, созданной для изучения аспектов архитектурного проекта или для передачи дизайнерских идей.

Эскизные модели создаются для изучения взаимодействия объемов, различных точек зрения или концепций в процессе проектирования.

Они также могут быть полезны при объяснении сложного или необычного проекта строителям или в качестве темы для обсуждения между дизайнерами и консультантами, такими как архитекторы, инженеры и градостроители.

Презентационные модели можно использовать для демонстрации, визуализации или продажи окончательного проекта. Модель также используется в качестве выставочных экспонатов, например, в качестве элемента здания или как часть музейной выставки, например, масштабные копии исторических зданий.

Всемирно известная компания Killa Design использовала технологию 3D-печати для проектирования и разработки Музея Будущего, Офиса Будущего и SRG Tower, 111-этажного жилого небоскреба в Дубаи.

Цитируя Шона Килла, партнера Killa Design, одним предложением можно объяснить важность влияния 3D-печати в строительстве.

Килла сказал: «3D-печать помогает нам представлять и объяснять идеи во время творческих мозговых штурмов и значительно ускоряет процесс проектирования.»

Помимо макетов, которые можно напечатать на простых недорогих 3D-принтерах, по всему миру уже внедряется печать полноценных жилых строений, мостов и других сооружений.

Кроме строений будущего мы также упоминали в нашем блоге о «первом в мире поселении на 3D-принтере» для Латинской Америки, а также о 3D-печатном пешеходном мосту в Шанхае.

6. Каяк.

Джим Смит из Grass Roots Engineering, доказавший, что для создания впечатляющих 3D-печатных объектов не нужен промышленный комплект, за 42 дня создал полноразмерный каяк на домашнем принтере. На изготовление красочного каяка, полностью водонепроницаемого и работающего, ушло около 500 долларов.

Джон Смит впервые вышел на воду на своем напечатанном каяке еще в 2014 году, когда в Украине большинство рассматривало 3D-принтер как дорогостоящую игрушку, способную воспроизводить только бесполезные сувениры к Новому году или Пасхе.

7. Искусство для слепых.

Проект Unseen Art, которым руководит дизайнер из Хельсинки Марк Диллон, использует 3D-печать, чтобы дать слепым людям возможность познакомиться с классическим искусством, которое многие зрячие считают само собой разумеющимся.

«Представьте, что вы не знаете, как выглядит улыбка Моны Лизы или подсолнухи Ван Гога. Вообразите, что вы слышали, как люди говорят о них, и знали, что они существуют, но никогда не могли их себе представить. Для миллионов слепых людей это реальность», — поясняет Марк Диллон.

Unseen Art используют 3D-изображение и 3D-печать на основе песка, чтобы воссоздать эти произведения искусства в масштабе и качестве, которые могут быть выставлены в музеях.
Хотя их подход уникален, проект Unseen Art не первый, кто придумал эту концепцию. 3D-печать использовалась для превращения фотографий в «осязаемые воспоминания» и даже для того, чтобы помочь слепой матери «увидеть» ультразвук своего будущего ребенка.

8. Материалы с памятью формы.

4D-печать, безусловно, менее распространена, чем 3D-печать, но один пример показывает, как ее можно использовать в будущем. Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса напечатали силиконовый материал, который является гибким и может изменяться при воздействии тепла.

Этот эффект может быть использован, например, для создания действительно индивидуальной, облегающей обуви, которая адаптируется к ноге владельца.

В Массачусетском технологическом институте есть целая лаборатория самосборки (Self-Assembly Lab), которая специализируется на изучении программируемых материалов для 4D-печати.

Ниже приведен пример преобразования такого материала при воздействии воды.

9. Все, что ваш разум может себе представить.

И в заключительном бонусном пункте мы хотим обобщить все вышесказанное.

Невероятная особенность 3D-печати заключается в том, что с ее помощью можно создать практически все, что только может придумать ваш разум.

Для этого просто требуется цифровой файл и правильный материал.

В то время как эксперты все еще решают, как внедрить процессы 3D-печати во все области, энтузиасты каждый день находят всевозможные умные лайфхаки для печати на своих 3D-принтерах, включая мусорные баки, подстаканники, органайзеры, корпусы, чехлы для телефонов, бижутерию, сувенирную продукцию и многое другое.