Они уже печатают дома, бомбоубежища и даже ракеты. Как 3D-принтеры меняют мир и Украину

М'ясні стейки, іграшки, посуд, військова техніка, зубні протези, вакцини, ракетні двигуни і навіть будинки. Це далеко не повний список того, що можна створити за допомогою 3D-принтера. Використання цієї технології суттєво пришвидшує та здешевлює виробництво будь-яких об'єктів.

Наприклад, у мексиканському місті Накахуці організація New Story збудувала 500 будинків для людей, які живуть за межею бідності. Для втілення проєкту використали 3,5-метровий 3D-принтер Icon Vulcan II, який зводить будинок менш ніж за 24 години. Керували принтером троє людей зі смартфонів.

Попри побоювання щодо стійкості нових житлових кварталів, ці будинки вже витримали землетрус магнітудою 7,4 бала за шкалою Ріхтера.

Консалтингова компанія Grand View Research прогнозує, що ринок будівельного 3D-друку до 2028 року зростатиме на 91,5% щорічно. Є багато варіантів використання 3D-друку і у виробництві, тому ця індустрія швидко розвивається.

Світовий ринок стоматологічного 3D-друку щорічно зростатиме на 26,5%, ринок пластику для 3D-принтерів – на 24,9%, ринок військового 3D-друку – на 20,4%, а обсяги адитивного виробництва металів – на 27,9%. Загалом галузь зростатиме на 17% щорічно, а найбільш динамічно вона розвиватиметься після 2024 року.

Україна не стоїть осторонь. Вітчизняні високотехнологічні підприємства не лише виробляють товари легкої промисловості, а й освоїли передові технології лазерного друку складних запчастин для аерокосмічної галузі.

Більш того, українські інженери винаходять 3D-принтери, здатні конкурувати з європейськими та американськими зразками.

Надрукувати можна будь-що

3D-індустрія постійно змінюється і народжує нові продукти й технології.

У 2022 році ізраїльський стартап Redefine Meat почне продаж 3D-принтерів для виробництва "яловичини" на рослинній основі. За даними банку Barclays, ринок альтернативного м'яса до 2029 року може досягнути 140 млрд дол.

Армія США на 3D-принтерах друкує бомбосховища в польових умовах, титанові деталі для БТР, корпуси для підводних човнів та дрони.

Американські вчені навіть навчилися друкувати за кілька тижнів ядро ядерного реактора. Керівники проєкту зазначають, що адитивні технології дозволяють запроваджувати такі системи, які раніше втілити в життя було неможливо.

Дедалі частіше 3D-друк використовують у медичній галузі. На 3D-принтерах виготовляють прозорі елайнери (капи) для вирівнювання зубів, хірургічні шаблони, які допомагають робити складні операції, імпланти.

У США на 3D-принтері створили пластир з вакциною, який забезпечує в десять разів сильнішу імунну відповідь, ніж при введенні вакцини звичайним способом. Нова технологія безболісна, дозволяє транспортувати препарат без додаткового охолодження і може використовуватися пацієнтами самостійно.

Хірург з Мічиганського університету на 3D-принтері розробив пристрій, що полегшив дихання хлопчику з церебральним паралічем. Технологія дозволяє швидко та зручно виготовляти індивідуальні моделі для пацієнтів.

Одна з цілей біологів – 3D-друк людських органів. У Пенсильванському університеті розробили метод створення твердих та м'яких тканин для лікування ушкоджень шкіри та кісток. В університеті Буффало вчені вигадали спосіб створення мереж кровоносних судин. Реалізація цих ідей – питання часу.

У 2019 році компанія SpaceX Ілона Маска відправила на Міжнародну космічну станцію 3D-принтер для дослідження можливостей друку людських органів. Виявилося, що в невагомості створити капілярні структури набагато легше.

3D-друк створив революцію в галузі ракетобудування: на 3D-принтерах виготовляють інжектори для ракетних двигунів. Це складна і важлива система, потрібна для змішування та розпилення палива в камеру згоряння.

Раніше інжектор складався із сотень деталей, а його виробництво тривало до дев'яти місяців. Зараз пристрій складають за допомогою 3D-технологій з одного-двох компонентів у десятки разів дешевше і швидше.

Випробування надрукованого на 3D-принтері інжектора

У 2019 році стало відомо про плани NASA почати друк електронних мікросхем для своїх планетарних апаратів. Нові датчики, за задумом розробників, мають здатність розпізнавати мікроелементи з більшою ефективністю.

Американський стартап Relativity Space пішов ще далі. Компанія поставила мету надрукувати на 3D-принтері всю космічну ракету. Для реалізації цього проєкту компанія залучила 1,3 млрд дол венчурних інвестицій.

Керівники стартапу запевняють: їхня ракета матиме менше деталей, ніж легковий автомобіль, що означає простоту виробництва та вп'ятеро меншу ціну.

Друк та випробування двигуна космічної ракети

Перший запуск ракети запланований на початок 2022 року.

У чому вигода

Аби відповісти на це запитання, можна взяти за приклад стоматологію. Вартість облаштування традиційної зуботехнічної лабораторії в США становить 100 тис дол. Ще стільки ж коштує її річне утримання. Водночас стоматологічний 3D-принтер коштує 20 тис дол, а його утримання – значно менше.

Технологія також економить гроші пацієнтам. Коронка на зуб у США коштує до 2 тис дол, а 3D-технології зменшують витрати на виробництво протеза на 80%.

Значно зекономити можуть і власники будівельних 3D-принтерів. Зведення середнього дому з трьома спальнями з використанням традиційних методів коштує 250-320 тис дол. Будівництво аналогічного об'єкта з використанням 3D-технологій обійдеться на 20-40% дешевше, і це буде швидше та безпечніше.

Офіс компанії з ОАЕ Dubai Future Foundation повністю надрукували на 3D-принтері. Влада країни заявила, що технологія зекономила до 50% вартості будівництва. Зведенням конструкції займалися лише 18 людей.

Драйвером для галузі стануть бюджетні об'єкти, здатні вирішити житлову кризу в будь-якій країні. Наприклад, китайська компанія Winsun лише за добу збудувала десять однокімнатних будинків. Вартість кожного – лише 4,8 тис дол.

Winsun уже домовилася про оренду в Саудівську Аравію ста будівельних 3D-принтерів за 1,5 млрд дол. Це обладнання дозволить компанії Al Mobty Contracting Company за п'ять років побудувати 30 млн кв м доступного житла.

Будівництво традиційним методом залишає чимало відходів. За даними Construction&Demolition Recycling, забудовники щорічно викидають 1,5 млрд тонн сміття. Очікується, що у 2025 році ця цифра збільшиться в півтора разу.

Цю проблему можна побороти за допомогою 3D-принтерів, адже вони використовують стільки матеріалу, скільки потрібно для будівництва, суттєво зменшуючи кількість сміття. Це стосується не лише будівництва.

За даними української компанії "ТитанЕра", яка за допомогою 3D-принтера виробляє деталі для аерокосмічної галузі, сучасні технології друку дозволяють зменшувати кількість відходів на 90%, робити виробництво титанових деталей екологічно чистим та менш енергомістким. Це відповідає світовим трендам.

Популяризація технології 3D-друку сприятиме глобалізації виробництва. Модель продукту зможуть розробляти у єдиному центрі, а друкувати – на 3D-принтерах у різних країнах з мінімальним залученням робочої сили.

Консалтингова компанія AT Kearney підрахувала, що впровадження технологій 3D-друку та їхній вплив на інші галузі за десять років принесе економіці США 600 млрд дол та створить три мільйони робочих місць.

Технологічний прогрес пов'язаний і з викликами. Зокрема, впаде попит на низькокваліфіковану робочу силу, тому зросте рівень безробіття.

3D-індустрія перебуває в зародку. Високотехнологічні принтери ще дорогі, а для масового використання вони мають бути доступнішими. Багато принтерів проходять випробування, їх оптимізують для конкуренції з традиційними методами виробництва. Однак ці технології вже змінюють світову економіку.

Розвиток галузі в Україні

В Україні вже є спеціалісти, які розвивають індустрію 3D-друку. Вітчизняна компанія Infomir 3D Printing виробляє готові деталі та прототипи для автовиробників, стартапів, медичних клінік, центрів обслуговування техніки.

Підприємство "ТитанЕра" має лінійку продукції з титанового порошку, для виробництва якої використовує технологію Powder Bed Fusion. Принтер пошарово за допомогою лазера збирає об'єкти зі складними формами.

Компанія виконує замовлення для аерокосмічної галузі. Зокрема, вона виготовила корпус для зонда компанії Spacebit. Майбутній політ цього космічного апарата називають першою українською місією на Місяць.

У Дніпрі працює компанія Flight Control, що розробляє і виготовляє рідинні ракетні двигуни, окремі агрегати, частини ракет та інші деталі, багато з яких друкують на лазерних 3D принтерах. На підприємстві працює більше 200 людей. Компанія належить українському бізнесмену Максу Полякову.

Українська компанія Additive Laser Technology створила 3D-принтер, який друкує складні об'єкти зі сплавів металів. Обладнання коштує 100 тис дол, що майже в п'ять разів дешевше, ніж зарубіжні аналоги. На принтері можна друкувати титанові імпланти для кісток або деталі для авіаційних двигунів.

Одеський стартап Kwambio друкував керамічні вироби. У 2019 році компанія представила технологію Adam, яка дозволяє робити кісткові трансплантати й інші людські органи з керамічного біоскла та модифікованого полімеру.

Компанія "Червона хвиля" розробила установку для екологічно чистого 3D-друку титанових деталей. Якщо раніше для виробництва кілограмової титанової деталі необхідно було 10-20 кг матеріалу, то тепер – лише два-три кілограми.

3D-друк з титану

У 2019 році цими українськими розробниками зацікавилися інвестори з компанії General Electric, яка є лідером на світовому ринку 3D-друку.

Дніпровське підприємство "КБ Південне" застосовує технології селективного лазерного плавлення для виробництва рідинних ракетних двигунів.

На Сумщині за допомогою 3D-технологій зведуть перший будинок, у Львові лабораторія Tech LabInno друкуватиме перехідники для апаратів штучної вентиляції легень, а на Рівненщині місцеві інженери на 3D-принтерах вироблятимуть захисні маски-екрани для лікарів.

"Український ринок 3D-друку нині і рік тому – це два різні ринки. Індустрія розвивається щодня. Я відчуваю це за обсягом замовлень. Про це також свідчить щорічна виставка Addit Expo 3D, яка проходить у Києві.

Ще рік тому ця виставка була скромною, а у 2021 році на ній були представлені десятки студій і кожна пропонувала щось особливе", – сказав у коментарі ЕП менеджер проєкту Infomir 3D Printing Андрій Летницький.