Как 3D-принтеры меняют жизнь

3D-принтерам прочат будущее двигателя новой промышленной революции: мы будем покупать все меньше фабричного, все больше распечатывать для себя сами. Еще более впечатляющей выглядит, например, возможность 3D-печати человеческих органов для трансплантации. Пока все это отдаленная перспектива, но в России некоторые уже зарабатывают и на 3D-печати, и даже на производстве 3D-принтеров.

АНАСТАСИЯ НАПАЛКОВА

Революционная печать

3D-печать долгое время казалась футуристическим развлечением: то и дело появлялись новости о том, что распечатано оружие в США, блинчики в Норвегии, нижнее белье в Великобритании, дома и человеческие почки (пока, увы, непригодные для трансплантации) в Китае.

Но вот моя знакомая дизайнер похвасталась красивым серебряным кольцом. Оказалось, она изготовила его по собственному эскизу при помощи 3D-принтера в специализированной мастерской, и обошлось оно ей всего в 3,5 тыс. руб., включая стоимость материалов и работы. Будущее оказалось совсем рядом.

Отправляюсь на российское производство 3D-принтеров в Зеленоград. На одуванчиковом поле — знаменитый местный архитектурный ансамбль: два здания в форме клюшек и одно — шайба между ними. Наверху одной из клюшек несколько комнат, где размещается Picaso 3D, один из пяти российских производителей 3D-принтеров. Парадокс: обычные принтеры — сплошь импорт, а устройства с технологией, которую в прошлом году компания McKinsey включила в перечень двенадцати, способных перевернуть глобальную экономику, делают и у нас. Объясняется это тем, что аппараты не серийные, во главе угла — их настройка и сервисное обслуживание. Да и мировые лидеры в производстве 3D-принтеров, по крайней мере пока,— независимые компании: 3D Systems (принадлежит американцу Чаку Халлу, который изобрел технологию в 1980-х), Stratasys и MakerBot. Об интересе HP, Google и Apple к технологии стало известно совсем недавно.

Зеленоградская Picaso 3D запустила производство весной прошлого года и продала более 500 машин, оборот компании на конец 2013 года — порядка 14 млн руб. Всего в стране, по подсчетам участников рынка, от 5 до 10 тыс. принтеров, а в остальном мире только в 2013 году продано около 60 тыс. Интенсивно расти рынок 3D-печати начал после 2009 года, когда истек срок патента на технологию моделирования методом наплавления (FDM). Такие принтеры сейчас — единственные дешевые (как, например, зеленоградские Picaso 3D Designer за 99 тыс. руб.).

В 2014 году истекает и срок патента на SLS — метод лазерного спекания (когда лазер послойно спекает нужные части материала-порошка), что сообщит мировому рынку очередной импульс.

80% компонентов зеленоградских принтеров, уверяют меня в Picaso 3D, созданы в России. В небольшой комнате вижу штук 15 работающих принтеров, каждый размером с коробку от кинескопного телевизора — они проходят тестирование. Один уже до половины набрал макет дома, другой — человеческой фигуры. Через прозрачную крышку видно, как наносятся, будто кондитерским шприцем, слои: вместо крема — расплавленный пластик, экструдер полоска за полоской набирает объект. Первая модель принтера была открытой, и, по словам сотрудников Picaso 3D, во время печати ощущался специфический запах разогретого материала. Теперь никакого запаха. Пластик загружается в принтер в виде нити, намотанной на катушку. Объект получается одноцветным и слоистым, будто на него натянули капроновый чулок или обмотали капроновой ниткой; толщину нитки, кстати, задает пользователь — от 0,05 мм до 0,25 мм. Время печати зависит от ее качества и от размера детали — от пары часов до нескольких суток.

Всего же в 3D-печати кроме пластика используется около десяти материалов, причем у одного материала могут быть десятки сортов, как в случае с металлом. Металлическое или, скажем, гипсовое сырье подается в виде порошка.

Пока объемы рынка, конечно, ничтожны на фоне миллиардных оборотов традиционных индустрий. В 2013 году в мире продажи 3D-принтеров выросли на 43%, до $412 млн, по данным исследовательской компании Gartner. Российский объем, по оценке участников рынка,— около $20 млн. Примерно на такую же сумму продаются услуги по печати и материалы. Уже к 2018 году, прогнозируют аналитики Canalys, объем продаж принтеров, сырья и услуг достигнет $16,2 млрд. 3D-печать уже создала революционную ситуацию в некоторых сферах человеческой деятельности. С особым интересом, конечно, мир ждет, когда начнут печатать объекты из биологических клеток — так недалеко и до революции в медицине.

Лечебный принтер

С печатью клетками экспериментируют в десятке стран, в том числе в России. В этой области трудится компания 3D bioprinting solutions, гендиректором которой является Александр Островский, председатель совета директоров ГК "Инвитро". Компания конструирует биопринтер, а первым распечатанным объектом, как ожидается, станет почка — самый востребованный орган для трансплантации. Печатают стволовыми клетками — они способны "превращаться" во многие другие ткани организма. Эти клетки получают теперь не из абортивного материала или эмбрионов, как раньше, а путем "перепрограммирования" соединительной ткани, которую можно брать у самого пациента.

Главная проблема не в том, чтобы вырастить орган из клеток почки. Ученые бьются над печатью сосудистых клеток, которые нужны, чтобы будущая почка питалась через кровь. Это, конечно, только одна из нерешенных профильных задач. Gartner прогнозирует, что первая в мире трансплантация распечатанного органа будет произведена не раньше 2030 года. Также ведутся эксперименты с печатью костной ткани из гидроксиапатита. Ученые из Массачусетского технологического института опубликовали в прошлом году работу, где рассказали о получении трех образцов 2 см на 3 см толщиной 0,5 мм.

Пока в медицине, как, впрочем, и в производстве, 3D-печать в основном служит для создания прототипов и макетов, а не конечного продукта — все упирается в материалы. "Врачам из онкологического центра имени Блохина предстояла сложная операция в области таза. Они решили напечатать его модель, чтобы лучше понять геометрию пораженной части скелета. Сделали томограмму и прислали нам снимок, на основе которого мы сделали распечатку. На ней врачи готовились к операции — как и какие инструменты использовать",— рассказывает Владимир Румянцев, основатель компании Can-Touch, предлагающей услуги 3D-печати. По словам Олега Левченко, заведующего отделением нейрохирургии института имени Склифосовского, в мире врачи поначалу использовали 3D-печать для изготовления модели черепа, чтобы подогнать имплантаты перед операцией — если сделать это заранее, время операции сокращается вдвое. Затем стали печатать и формы для отливки имплантатов; в России эта методика используется уже пять-семь лет. 3D-печать применяют при подготовке примерно половины подобных операций, в сложных случаях. Таких в отделении делают 10-15 в год.

Поскольку материалов для 3D-печати все больше, распечатывают уже не только образцы и формы, но и непосредственно медицинскую продукцию. (По подсчетам исследовательской компании Wohlers, в 2011 году с помощью 3D-технологий в мире производилось только 25% конечных продуктов, но уже тогда это был самый быстрорастущий сегмент.) На Западе уже печатают вживляемые имплантаты — например, металлические зубные. Владимир Румянцев объясняет: чтобы заниматься подобным в России, нужна сертификация принтера для медицинского использования, и тогда его нельзя применять в других целях. А интерес российских медиков пока недостаточен, чтобы специализировать устройство. Впрочем, наши врачи, возможно, заказывают 3D-печать имплантатов за границей.

В России ведутся эксперименты с протезами, не вживляемыми в тело. Can-Touch совместно с W.E.A.S. Robotics и петербургским Центром протезирования имени Альбрехта изготовили протезы кисти рук трем пациентам (в том числе двум детям) с аплазией — неразвитыми пальцами. Если удастся поставить проект на коммерческие рельсы, протез будет стоить 5-10 тыс. руб., считает Владимир Румянцев; существующие аналоги гораздо дороже.

Стартап "Здравпринт" разработал замену гипсовым бинтам — перфорированную каркасную конструкцию, с которой человек, подчеркивает основатель компании Федор Аптекарев, может почесаться, принять душ — в отличие от варианта с гипсом. "Здравпринт" пока провел испытание нового продукта на трех добровольцах: два случая растяжения и один — перелома руки. Пока исследований недостаточно, и врачи не рискуют предлагать новинку пациентам, хотя перспективы ее в этой сфере выглядят убедительно. В промышленности 3D-принтеры внедряют смелее.

Домашняя фабрика

Появились мастерские, где можно заказать 3D-печать. Они закупают принтеры, а чаще выходят на владельцев оборудования и размещают у них заказы от бизнеса и частников. "Крупные предприятия приобрели качественные промышленные принтеры для своих нужд, но они не загружены полностью, поэтому выполняются сторонние заказы",— рассказывает Константин Иванов, основатель компании 3DPrintus. Одна из мастерских, не самая крупная, поделилась цифрами: в месяц бывает 40-50 заказов, рентабельность — 50%.

Основные заказчики 3D-печати — промышленные дизайнеры, архитекторы, инженеры, ювелиры. Производители товаров посредством прогрессивной технологии ускоряют вывод новинок на рынок. "Дизайнеры и хардверные стартапы печатают деталь за сутки, а так потратили бы неделю на выпиливание лобзиком",— говорит Иванов.

Андрей Вековищев, руководитель отдела промышленного дизайна компании "Световые технологии" (производит светодиодные светильники), рассказывает, что раньше они отправляли детали на печать в Москву из Рязани, где находится производство. На что из-за бумажной волокиты уходило до четырех недель. В связи с этим "Световые технологии" обзавелись собственным принтером и теперь за неделю успевают протестировать два-три прототипа продукта.

Ювелиры, вместо того чтобы несколько дней вручную изготавливать форму для отливки, печатают так называемые восковки с точностью как минимум 16 микрон (у Picaso 3D Designer — 50 микрон), с помощью которых потом отливают изделия из драгоценных металлов. "С помощью 3D-принтера я могу изготовить все, что угодно. Без него пришлось бы делать вручную, сосредоточившись на одном ремесле — допустим, резьбе по дереву",— говорит промышленный дизайнер Ярослава Барменкова. По наблюдению Константина Иванова, 3D-принтеры являются источником новых веяний в дизайне — для экономии материала объекты делают ажурными.

"Световые технологии" планируют напечатать и тестовые партии товара. Правда, потребуется еще один принтер для деталей из металла — алюминия, нержавеющей стали, титана, бронзы и т. д. "Получаются честный материал и приятная шероховатая поверхность",— говорит Андрей Вековищев. Стоить принтер будет 20-25 млн руб., а цена нынешней их модели, использующей поликарбонат,— около 5 млн. Мелкосерийная печать оправдана при серии до 100 штук, подсчитал Иванов.

Пока, впрочем, 3D-распечатки не идеальны. Константин Иванов демонстрирует браслеты, изготовленные из полиамида по технологии лазерного спекания (SLS). Красивые, гибкие, но шершавые и пористые — не похоже на сияющую магазинную бижутерию. "Можно обработать, покрыть лаком. К тому же технологии совершенствуются",— говорит он. Еще недостаток — большинство принтеров, в том числе промышленные, печатают объекты размером максимум 50 см по большей стороне. И только из одного материала — принтеры, работающие одновременно с двумя, появились лишь недавно. А полноцветное производство обеспечивает только хрупкий гипс. На массовый рынок 3D-печать пробивается с трудом.

Ашхен Овсепян, основатель компании SIU System, поставщика домашних 3D-принтеров Cube говорит, что Россия — одна из первых стран, где эти принтеры взяли на свои полки крупные торговые сети — такие, как "Юлмарт", "М.Видео", "МедиаМаркт". Материал для Cube делается из кукурузы или сахарного тростника. "Есть расчеты, согласно которым 3D-печать таких простых вещей, как вешалки, крючки для штор, чехлы для смартфонов и тысячи других мелочей, обойдется дешевле, чем их покупка в магазине",— рассказал Климент Мерзляков, маркетолог-аналитик "Юлмарт". Впрочем, оговаривается Мерзляков, в основном в "Юлмарте" 3D-принтеры приобретают "в качестве дорогостоящей игрушки для интересного и полезного досуга", да и продажи пока единичные.

Действительно, зачем пользоваться 3D-печатью, когда товаров и так хватает? Пусть даже принтер не дома, а в мастерской, где есть разные материалы. 3D-печать дает кастомизированные продукты, объясняют продавцы принтеров.

Понятно, что, скажем, протез всегда лучше изготовить в точности "под себя". Отдельное направление — 3D-фото, печать фигурок людей из гипса, объемных портретов. Пока это дорого: 3D-портрет обходится в 5-10 тыс. руб. А что еще? "Допустим, человек постоянно пользуется батарейками, но ему не подходит держатель для них на восемь штук, он хочет добавить две секции — и может это сделать. Я уже почти ничего не покупаю, а печатаю. Вот стаканчик для канцелярских принадлежностей, мы нарисовали его под размер бумаг для заметок",— говорит Иван Мошкин, основатель "Лаборатории трехмерной печати".

Все это, конечно, вряд ли тянет на революцию, которую ждут от 3D-печати. И возможно, технология еще долго не выйдет за пределы B2B. Чтобы вышла, производители принтеров, научившиеся творить чудеса с формой, должны, в частности, серьезно поразмыслить над содержанием — возможностью печатать на дому из разных материалов.