Касмічны дом з месячнага пылу

Якія яшчэ магчымасці даюць ЗD-прынтары?

Вы ведаеце, што з дапамогай ЗD- прынтара можна надрукаваць вуха, якое будзе чуць? Ці стварыць прыбор для кантролю якасці пітной вады? А ці чулі вы, што ў Кітаі з дапамогай такой тэхнікі пабудавалі дамы?
“Тут няма нічога выбухнога і нечаканага. Гэта натуральны вынік паслядоўнага развіцця тэхналогій”, — гаворыць Сяргей Аляксандравіч Філатаў, загадчык лабараторыі сінтэзу і аналізу мікра- і нанаразмерных матэрыялаў, кіраўнік Цэнтра па сертыфікацыі нанаструктураваных матэрыялаў і адначасова намеснік загадчыка аддзялення цеплаабмену і механікі мікра- і нанаразмерных сістэм у Інстытуце цепла- і масаабмену імя А.В.Лыкава Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Сяргей Аляксандравіч пагадзіўся расказаць пра сутнасць ЗD-прынтараў і тыя магчымасці, якія яны даюць чалавеку.

Як працуюць ЗD-прынтары?

“Мы прывыклі, што спачатку бярэцца зыходны матэрыял, з якога выразаецца, выточваецца выраб пэўнай формы. Работа 3D-прынтара заснавана на іншых прынцыпах”, — гаворыць Сяргей Аляксандравіч.
На плоскую аснову пэўным устройствам наносіцца слой парашку. Прамень лазера, святлодыёдны або аптычны механізм паслядоўна перамяшчаецца па паверхні па зададзенай траекторыі. Там, дзе інтэнсіўнасць выпраменьвання была дастаткова высокай, парашок плавіцца. Пасля гэтага машына наносіць наступны слой парашку. І так слой за слоем, пакуль не сфарміруецца ўвесь выраб. Тэхналогіі, на аснове якіх працуюць 3D- прынтары, называюцца адытыўнымі, ад англійскага слова additive — “дабаўленне”.
Выраб у 3D-прынтары можа фарміравацца не толькі з дапамогай выпраменьвання, але і больш класічнымі спосабамі — выцісканнем матэрыялу ці яго распырскваннем. Нягледзячы на розныя спосабы апрацоўкі матэрыялу, працэс работы ўсіх 3D-прынтараў называюць друкаваннем.
“З’явілася перыядычная табліца матэрыялаў, якія можна выкарыстоўваць для друку. У ёй налічваецца больш за 80 найменняў. Гэта могуць быць як цвёрдыя, сыпучыя, так і вадкія матэрыялы. Аднак тыповымі, якія лягчэй за ўсё сустрэць на рынку, з’яўляюцца пластыкі, у тым ліку біяраскладальныя і біясумяшчальныя”, — расказвае Сяргей Аляксандравіч.

Перавагі перад традыцыйнымі тэхналогіямі

Вялікая перавага 3D-друку заключаецца ў тым, што пры гэтым спосабе вырабу амаль не застаецца адходаў. “У авіяцыі ёсць крытэрый якасці, які ўлічвае суадносіны затрачанага на выраб матэрыялу да масы выкарыстанага матэрыялу ў канчатковым прадукце. Тыповыя суадносіны — 20 да 1, — паведамляе Сяргей Аляксандравіч. — Так, на выраб сучаснага самалёта вагой у 10 тон выкарыстоўваецца да 200 тон матэрыялу. З дапамогай адытыўных тэхналогій суадносіны могуць станавіцца блізкімі 1 да 1. Так, кампанія Boeing друкуе прыкладна 22 тысячы найменняў вырабаў для самалётаў”.
На беларускім рынку таксама ёсць фірмы, якія працуюць з 3D-прынтарамі. Такіх прамысловых машын у Мінску налічваецца каля дзесяці. Напрыклад, для стварэння форм, ці, як іх яшчэ называюць, штампаў, для сучасных халадзільнікаў.
Амаль усе ювелірныя вырабы ў нашай краіне, як і ў Расіі, робяцца з дапамогай прататыпаў, створаных на 3D-прынтарах. “Вырабляецца фотапалімерная матрыца. Пасля ацэнкі заказчыкам вырабы могуць выконвацца ў адзіным экзэмпляры, — расказвае Сяргей Аляксандравіч. — Створаная мадэль можа існаваць бязмежна доўга. Яе лёгка мадыфікаваць з дапамогай праграмы праектавання”.
3D-тэхналогіі выкарыстоўваюць і для будаўніцтва жылых дамоў, праўда, не ў нас, а ў Кітаі. Слой за слоем дом выціскаецца па 3D- мадэлі, створанай канструктарам, з бетону, які вельмі хутка цвярдзее.
“Кітай выкарыстаў гэтую тэхналогію для будаўніцтва некалькіх жылых дамоў, каб паказаць, што ў выпадку прыродных катастроф дамы могуць быць хутка адноўлены”, — пракаменціраваў гэты выпадак Сяргей Аляксандравіч.

3D-тэхналогіі на Зямлі…

3D-тэхналогіі не абмінулі і такую жыццёва важную сферу, як медыцына. Самае апошняе дасягненне ў гэтым рэчышчы — стварэнне штучнага вуха, якое ўжыўляецца на месцы страчанага. Спачатку вырошчваецца храсток вуха, для чаго выкарыстоўваюцца ўласныя клеткі пацыента. Далей з дапамогай 3D-прынтара паслойна фарміруецца вуха, якое, гарантуюць навукоўцы, прыжывецца. Для таго каб яно выконвала сваю асноўную функцыю — чалавек мог чуць, у яго ўжыўляецца механічная, часам электрамеханічная сістэма. Па такім жа прынцыпе ствараюцца штучныя нос і вока.
Штучныя часткі твару — не адзіны прыклад выкарыстання 3D-тэхналогій у рэканструктыўнай медыцыне. З іх дапамогай можна аднавіць і тканкі чалавека. Падобныя тэхналогіі існавалі і раней, аднак стварыць трохмерны трансплантант з тканкі донара ці самога пацыента, які б па форме адпавядаў сапраўднаму, дапамагаюць менавіта 3D-прынтары.
“Не думаю, што хутка пачнецца друкаванне органаў чалавека. Тэхналогія будзе развівацца, аднак у найбліжэйшы час за 3D- прынтарамі замацуецца аднаўленчая хірургія як дапаўненне да існуючых тэхналогій, — упэўнены Сяргей Аляксандравіч. — Зараз імплантаты робяць з біясумяшчальных матэрыялаў або з матэрыялаў, якія ў працэсе функцыянавання будуць замешчаны тканкамі чалавека. Такія імплантаты прайшлі выпрабаванні на адпаведнасць стандартам”.
Ёсць яшчэ адзін кірунак, дзе 3D-тэхналогіі сябе добра праявілі, — стварэнне рэчаў для людзей, якія дрэнна бачаць. Зараз у Беларусі і Расіі робяцца паменшаныя копіі гістарычных будынкаў, каб сляпы чалавек мог адчуць, як яны выглядаюць, пакратаўшы іх паменшаную мадэль.
У Беларусі таксама ёсць праект, дзе людзі, аб’яднаўшыся на добраахвотнай аснове, аднаўляюць дэталі паверхні старых гарадскіх будынкаў.

…і ў космасе

3D-прынтары працуюць і для асваення космасу. “Пяць гадоў назад НАСА завяршыла распрацоўку касмічнага дома на Месяцы з месячнага пылу. Гэта дарагі праект для асваення Месяца”, — расказаў Сяргей Аляксандравіч.
Вырабы, якія ствараюцца непасрэдна ў космасе, робяцца з пластмасы. Звязана гэта з тым, што ў космасе пакуль не так проста працаваць з высокімі тэмпературамі, што накладвае пэўныя абмежаванні на вытворчасць.

Святлана ШЫЯН.
Фота Алега ІГНАТОВІЧА.