Що можна надрукувати на 3D-принтері?

Коли людина вперше дізнається про існування 3D-принтера та 3D-друку, найчастіше вона ставить собі питання, чому я повинна купити 3D-принтер і що я зможу на ньому робити.

На перше запитання ми відповіли у нашій статті 10 причин купити 3D-принтер для домашнього використання, а на другий спробуємо відповісти в цьому пості.

Перед нами стоїть досить складне завдання, тому що можливості принтерів і 3Д друку настільки безмежні, що вмістити всі відповіді в один пост у принципі неможливо.

Ми не будемо вас втомлювати переліченням нескінченних варіантів моделей, які можна надрукувати на домашньому 3D-принтері, але намагатимемося показати кілька напрямків, де потенціал 3D-друку проявився в максимальному розрізі.

З огляду на зростання 3D-друку за останні 10 років, напрошується висновок, що в найближчому майбутньому він матиме дуже широке застосування, і може стати особливо потужним у поєднанні з такими тенденціями, як масова персоналізація.

Цю статтю можуть читати як новачки у цій сфері, так і експерти цієї інноваційної технології. Тому перш ніж ми перейдемо до дивовижних прикладів використання 3D-принтера по всьому світу, варто сказати кілька слів про саму технологію 3D-друку.

Як працює 3D-друк?

3D-друк (також відомий як «адитивне виробництво») включає створення 3D-об'єкта з цифрового файлу. Після передачі файлу 3D-принтер накладає послідовні шари матеріалу, доки об'єкт не буде готовий.

Кожен шар являє собою тонкий (зазвичай, 0.1-0.2 мм) поперечний розріз фактичного об'єкта.

Більшість матеріалів, що використовуються в 3D-друку, є термопластами — типом пластиків, які стають рідкими при нагріванні, але тверднуть при охолодженні та не втрачають міцності.

Однак у міру розвитку технології дослідники знаходять все нові та нові матеріали, які можна використовувати у 3D-друку.

Окрім пластику можна використовувати метал, бетон, біоматеріали, харчові продукти й навіть місячний пил.

Основна перевага адитивного підходу полягає в тому, що навіть найскладніші форми можуть бути створені простим способом та з використанням меншої кількості матеріалів, ніж традиційні методи виробництва (що добре для навколишнього середовища та прибутку).

Окрім цього скорочуються потреби у транспортуванні, тому що ви можете придбати 3D-модель (цифровий файл) на іншому кінці світу, а надрукувати у своєму рідному місті.

3D-друк також змінює правила гри у сфері швидкого прототипування, індивідуального виробництва та створення персоналізованих продуктів.

Це найбільш адаптована та економна технологія для проєктування та створення одноразових, унікальних, нових або ексклюзивних товарів.

Чим відрізняється 4D-друк?

4D-друк — це те саме, що й 3D-друк, але з родзинкою. Завдяки цьому новому виміру 3D-друковані об'єкти мають здатність змінювати свою форму самі по собі під впливом зовнішніх факторів, таких як світло, тепло, електрика, магнітне поле і т.д.

Це явище зміни форми 3D-друкованих об'єктів засноване на здатності матеріалу трансформуватися з часом у відповідь на певні подразники та не вимагає втручання людини для полегшення процесу.

Говорячи простими словами, створюваний об'єкт можна запрограмувати на зміну своєї форми з появою певних тригерів, таких як вода або тепло.

Наприклад, коробка зберігання може сплющитися, або конструкція може відновитися після пошкодження погодними умовами.

Але по суті, 4D-друк — це новаторська ланка в адитивному виробництві, а це означає, що він все ще перебуває на експериментальній стадії.

Дивні приклади 3D та 4D друку в дії.

Як ви, напевно, розумієте, технології 3D- та 4D-друку можуть зробити революцію в індустріальному світі та змінити процедуру тривіального виробництва. Але ці технології мають набагато ширше застосування, ніж звичні промислові процеси, і багато варіантів застосування 3D-друку можуть вас реально здивувати.

Ось 9 дивовижних та несподіваних способів застосування адитивного виробництва.

1. Кістки та м'язи.

В Інституті регенеративної медицини Вейк Форест дослідники змогли надрукувати кістки, м'язи та вуха — процес, відомий як біодрук, — та успішно імплантувати їх тваринам. Що дійсно цікаво, так це те, що друкарська тканина вижила після імплантації та стала функціональною тканиною.

Дослідження Wake Forest значною мірою фінансувалися Інститутом регенеративної медицини збройних сил, військовою організацією, що працює над розробкою регенеративних методів лікування тяжко поранених солдатів.

Розробка тканин, що трансплантуються, надрукованих на 3D-принтері, безумовно, може принести користь як військовослужбовцям, так і цивільним особам.

Сотні тисяч людей нині стоять у черзі на трансплантацію органів.

Біо 3D-друк міг би повністю скасувати списки очікування коштом органів «на замовлення», спеціально розроблених для окремих пацієнтів на основі МРТ та комп'ютерної томографії.

Однією з найголовніших завдань у галузі біодруку є змусити віддруковану тканину вижити досить довго, щоб сформувати кровоносні судини та нерви та повністю інтегруватися з тілом, в яке вона імплантована, тому це дослідження та експеримент неймовірно перспективні.

2. Яєчники.

Подолання безпліддя часто є тривалим, болючим та дорогим процесом. Але один новаторський експеримент дає надію, що в майбутньому ми зможемо побачити новий інноваційний підхід до лікування. У Медичній школі Фейнберга Північно-Західного університету в Чикаго мишам імплантували синтетичні яєчники.

Яєчник був створений з використанням пористого каркаса з желатину. Желатин є формою колагену, найпоширенішого білка у ссавців. У порівнянні з натуральним колагеном желатин більш розщеплений, тому його можна перетворити на чорнило, яке можна використовувати в 3D-принтері.

Самка миші із синтетичними яєчниками, створеними на 3D-принтері, зачала та народила здорове потомство. Дослідники заявили, що дослідження може призвести до лікування безпліддя у жінок, хворих на рак.

3. Випічка.

Український архітектор, який став шеф-кондитером, Дінара Касько зробила собі ім'я в Instagram, опублікувавши фотографії своєї разючої геометричної випічки. Дінара використовує 3D-принтер для створення неймовірних форм, які вона потім відливає та продає у всьому світі.

Черпаючи натхнення в математичних моделях, а також в навколишніх об'єктах, Дінара Касько створює неперевершені шедеври кондитерського мистецтва. Вони настільки хороші, що іноді їх навіть трохи шкода куштувати.

У нашому блозі ми писали про Дінару та її торти ще у 2017 році, коли вона лише починала експериментувати з формами та виходити на світовий ринок.

Для свого стартапу вона використовувала звичайний домашній 3D-принтер та PLA-пластик для 3D-друку.

Її історія успіху однозначно заслуговує на увагу і є чудовим прикладом перетворення хобі на стартап.

4. Їжа.

3D-принтер Foodini виробництва Natural Machines призначений для створення персоналізованих друкованих страв. Він може друкувати піцу, бобові гамбургери та низку корисніших страв із їстівних інгредієнтів.

Якщо в попередньому пункті ми описували непряме використання 3D-принтера для створення форм випічки, то тепер ми переходимо безпосередньо до друку їжі на 3D-принтері.

Харчовий 3D-принтер не тільки дозволяє створювати найнепередбачуваніші форми у вашій тарілці або на вашому тості, а й перетворювати культуру споживання їжі.

На малюнку нижче представлений той самий сніданок. Це традиційна вівсяна каша. Але погодьтеся, що вівсянка, надрукована на 3D-принтері, виглядає значно апетитніше.

Foodini є частиною проєкту консорціуму під назвою #EITOncofood, який фокусується на нових, інноваційних харчових рішеннях для хворих на рак. Проєкт враховує потреби в харчуванні та сенсорні зміни, сприяючи отриманню задоволення від їжі та запобігаючи недоїданню.

У результаті своїх досліджень вони з'ясували, що друк продуктів в абстрактних, незвичайних формах є дуже бажаним. Отримуючи таку незвичайну презентацію, у пацієнтів виникає відчуття, що хтось готує їжу спеціально для них.

5. Будинки.

Розповідаючи про можливості 3D-друку, не можна не згадати архітектурну сферу. 3D-принтери та 3D-друк значно спростили життя архітекторам та інженерам. Ні для кого не секрет, що перед втіленням архітектурної споруди архітектори створюють її масштабну модель.

Архітектурна модель — це фізичне уявлення конструкції, створеної для вивчення аспектів архітектурного проєкту або передачі дизайнерських ідей.

Ескізні моделі створюються для вивчення взаємодії обсягів, різних точок зору або концепцій у процесі проєктування.

Вони також можуть бути корисними при поясненні складного або незвичайного проєкту будівельникам або як теми для обговорення між дизайнерами та консультантами, такими як архітектори, інженери та містобудівники.

Презентаційні моделі можна використовувати для демонстрації, візуалізації або продажу остаточного проєкту. Модель також використовується як виставкові експонати, наприклад, як елемент будівлі або як частина музейної виставки, наприклад, масштабні копії історичних будівель.

Всесвітньо відома компанія Killa Design використовувала технологію 3D-друку для проєктування та розробки Музею Майбутнього, Офісу Майбутнього та SRG Tower, 111-поверхового житлового хмарочоса в Дубаї.

Цитуючи Шона Кілла, партнера Killa Design, однім реченням можна пояснити важливість впливу 3D-друку у будівництві.

Кілла сказав: "3D-друк допомагає нам представляти та пояснювати ідеї під час творчих мозкових штурмів і значно прискорює процес проєктування."

Крім макетів, які можна надрукувати на простих недорогих 3D-принтерах, по всьому світу вже впроваджується друк повноцінних житлових будівель, мостів та інших споруд.

Окрім будівель майбутнього ми також згадували у нашому блозі про «першому у світі поселенні на 3D-принтері» для Латинської Америки, а також про 3D-друкований пішохідний міст у Шанхаї.

6. Каяк.

Джим Сміт із Grass Roots Engineering, який доказав, що для створення дивовижних 3D-друкованих об'єктів не потрібен промисловий комплект, за 42 дні створив повнорозмірний каяк на домашньому принтері. На виготовлення барвистого каяка, який повністю водонепроникний і працює, пішло близько 500 доларів.

Джон Сміт вперше вийшов на воду на своєму надрукованому каяку ще у 2014 році, коли в Україні більшість розглядала 3D-принтер як дорогу іграшку, здатну відтворювати лише марні сувеніри до Нового року чи Великодня.

7. Мистецтво для сліпих.

Проєкт Unseen Art, яким керує дизайнер з Гельсінкі Марк Діллон, використовує 3D-друк, щоб дати сліпим людям можливість познайомитися з класичним мистецтвом, яке багато хто зрячий вважає само собою зрозумілим.

«Уявіть, що ви не знаєте, як виглядає посмішка Мони Лізи чи соняшники Ван Гога. Уявіть, що ви чули, як люди говорять про них, і знали, що вони існують, але ніколи не могли їх собі уявити. Для мільйонів сліпих людей це реальність», — пояснює Марк Діллон.

Unseen Art використовують 3D-зображення та 3D-друк на основі піску, щоб відтворити ці твори мистецтва в масштабі та якості, які можуть бути виставлені в музеях. Хоча їхній підхід унікальний, проєкт Unseen Art не перший, хто вигадав цю концепцію. 3D-друк використовувався для перетворення фотографій на «відчутні спогади» і навіть для того, щоб допомогти сліпій матері «побачити» ультразвук своєї майбутньої дитини.

8. Матеріали із пам'яттю форми.

4D-друк, безумовно, менш поширений, ніж 3D-друк, але один приклад показує, як його можна використовувати в майбутньому. Дослідники із Ліверморської національної лабораторії ім. Лоуренса надрукували силіконовий матеріал, який є гнучким і може змінюватись при дії тепла.

Цей ефект може бути використаний, наприклад, для створення дійсно індивідуального, обтислого взуття, яке адаптується до ноги власника.

У Массачусетському технологічному інституті є ціла лабораторія самоскладання (Self-Assembly Lab), яка спеціалізується на вивченні програмованих матеріалів для 4D-друку.

Нижче наведено приклад перетворення такого матеріалу під впливом води.

9. Все, що ваш розум може собі уявити.

І в завершальному бонусному пункті ми хочемо узагальнити все вищесказане.

Неймовірна особливість 3D-друку полягає в тому, що за його допомогою можна створити практично все, що тільки може вигадати ваш розум.

Для цього просто потрібний цифровий файл та правильний матеріал.

У той час як експерти все ще вирішують, як впровадити процеси 3D-друку у всі області, ентузіасти щодня знаходять всілякі розумні лайфхаки для друку на своїх 3D-принтерах, включаючи сміттєві баки, підсклянники, органайзери, корпуси, чохли для телефонів, біжутерію, сувенірну продукцію та багато іншого.