Что такое 3D-принтеры и в чем их преимущество

Напечатать ухо, дом, корпус автомобиля - все это уже становится реальностью. 3D-печать - последний писк научно-технического прогресса. Суть в том, что изделие получается не с помощью привычной механической обработки, а печатается на специальных принтерах. Впервые эта новинка громко заявила о себе миру, когда американец Коди Уилсон напечатал на 3D-принтере пистолет и произвел из него несколько пробных выстрелов.

Сегодня 3D-печать уже пошла в народ. Разве не удивительно, что любой человек сможет на дому изготовить многие вещи по собственному вкусу? Такой "домашний" принтер можно купить за 35 тысяч рублей. С помощью 3D-печати изготавливаются уникальные изделия из различных пластиков, даже корпуса автомобилей, моделируется обувь и одежда. А, например, в Китае и Голландии послойно "напечатали" малоэтажные дома со всеми коммуникациями. Они дешевле, чем при ручном варианте, и построены в 2 раза быстрей.

Настоящая революция ожидает медицину. Так, в Германии хирурги заменили 75 процентов черепа на пластиковый протез, напечатанный на 3D-принтере. Ученые Принстонского университета напечатали ухо из клеток теленка, полимерного геля и наночастиц серебра. Но наука идет дальше. Уже создан 3D-биопринтер, который может из стволовых клеток печатать человеческие ткани, и ученые намерены таким способом выращивать целые органы.

Словом, 3D-печать стремительно завоевывает мир. А ведь это лишь одна из разновидностей нового направления научно-технического прогресса - аддитивных технологий (АТ). Им пророчат фантастическое будущее, переворот во многих отраслях экономики, третью промышленную революцию. Сегодня в мире настоящий бум этой техники. Мировой рынок растет на 28 процентов в год.

- Но есть одна специфика, о которой широкая публика вряд ли знает, - говорит профессор МГТУ "СТАНКИН" Игорь Смуров. - Сегодня 90 процентов этого рынка - изделия из пластика. На металл приходится не более 10 процентов. Дело в том, что работать с металлом намного сложней, это "высший пилотаж". В то же время в мире огромный интерес именно к металлическим конструкциям, созданным с помощью АТ. Например, в авиации и космонавтике, где постоянно идет борьба за облегчение конструкций, где каждый килограмм на вес золота.

В чем преимущество аддитивных технологий? Деталь не вытачивается, а слой за слоем выплавляется из порошка лазером по заданной программе. Таких слоев надо нарастить сотни и тысячи. Главное достоинство даже не отказ от механической обработки, а сложность самой детали. Ничего подобного сегодня не сделаешь ни на одном самом суперсовременном станке. А тут она получается сразу готовой, ее не надо собирать, все элементы уже находятся на своих местах.

- Мы начинали эксперименты в Станкине, закупив в 2011 году немецкую машину на "мегагрант" в 140 миллионов рублей, который выиграли в конкурсе минобрнауки РФ, - говорит Игорь Смуров. - А когда освоили эту технику, поняли, что надо двигаться дальше. Ведь перед экономикой поставлена задача уйти от жесткой зависимости от очень дорогой импортной техники. Кстати, подобная машина стоит от 300 тысяч до миллиона долларов. Кроме того, работая с ней, вы можете использовать всего несколько предоставленных фирмой порошков. Поэтому мы решили расширить эту гамму, работать не с тремя, а с 30 порошками. И главное - с отечественными.

Это оказалось непростой задачей, ведь отечественные порошки не предназначены для работы с аддитивными технологиями. Ученым удалось найти режимы, которые открыли такую возможность. Сегодня это оказалось очень кстати, так как политические санкции взвинтили цену на импорт в разы.

Следующий шаг - создание индустриальной российской АТ-машины. И эта сложнейшая задача учеными была решена. Но этого мало. Российские ученые придумали, как усовершенствовать машину, чтобы намного повысить ее эффективность. В результате она вышла в мировые лидеры подобной техники. Дело в том, что изготовление сложной детали может длиться несколько часов, а в некоторых случаях даже сотни часов. И этот сложнейший процесс идет вслепую. Оператор не может его контролировать, не видит, что происходит внутри машины. И если, скажем, на третьем часу вдруг произошел сбой, то считайте, что деньги "выброшены на ветер". Поэтому надо следить за процессом в режиме онлайн и вовремя его корректировать. По словам профессора Смурова, отечественным ученым впервые удалось решить эту очень непростую научную и инженерную задачу и выйти в мировые лидеры подобной техники.

Кстати

Коллектив молодых ученых МГТУ "СТАНКИН", ОАО НИАТ и МАДИ под руководством профессора Игоря Смурова удостоен премии Правительства РФ 2015 года за разработку аддитивных технологий для машиностроения.