3D-дома и мосты сегодня, еда и органы — завтра

Технология 3D-принтеров за последние 3-5 лет подталкивает мир к настоящей революции в строительстве домов, мостов, создании мебели и даже одежды. Сегодня ученые уже работают над разработкой 3D-принтера, печатающего еду. А мировые ученые-микробиологи проводят эксперименты по использованию биоматериалов для картриджей, что позволит печатать даже человеческие органы. Интересные факты об этом собрал редактор Family Office Павел Билецкий.

Угроза безработицы или решение жилищного вопроса

История утверждает, что сама идея 3D-печати не так уж и нова. Она была разработана еще в 1984 году компанией Charles Hull. А уже через четыре года была создана первая модель 3D-принтера для печати в домашних условиях.

Но пик популярности 3D-принтера, как и скачок в развитии технологии, приходится на XXI век. Прошлый же год стал знаковым в развитии трехмерной печати мостов, например. Так, в конце января 2017 года в парке испанской столицы Мадриде появился первый в мире мост, который был напечатан на 3D-принтере.

Первый в мире 3D-мост в Мадриде

Фото: The Institute of Advanced Architecture of Catalonia (IAAC)

Он состоит из восьми отдельных частей, длина его составляет 12 м, а ширина - 1,75 м. По информации специалистов Каталонского архитектурного института, мост создан из бетона, полученного после переработки непищевых отходов. Они отметили, что строительство этого моста было бесплатным. «Успех проекта позволяет надеяться, что в ближайшем будущем в Испании появятся новые городские объекты, созданные на 3D-принтере. Мы можем печатать «городскую мебель»: скамейки, телефонные будки и урны», — отметили в институте.

А уже в октябре того же 2017 года в Нидерландах открылся второй в мире мост для велосипедистов, напечатанный на 3D-принтере. Он был спроектирован и построен инженерами из Технического университета Эйндховена и строительной компанией BAM Infra.

Сообщается, что конструкция выполнена из предварительно напряженного железобетона и состоит примерно из 800 слоев. Длина велосипедного моста составляет 8 м, ширина — 3,5 м, а толщина — 0,9 м. Строители сообщали, что во время тестов он мог выдерживать нагрузку до 5 тонн. Ожидается, что он будет служить на протяжении как минимум 30 лет.

А вот правительство Дубай поставило перед собой целью трехмерную печать 25% каждого нового здания к 2030 году. Типовые односемейные жилища, исполненные трехмерной печатью, используются сегодня в Китае, Италии, России и США. Глобальная инфраструктурная фирма AECOM ACM использует трехмерную печать для сборных тюремных камер и больничных палат. Arup, строительный гигант Европы, тестирует множество таких технологий производства присадок в различных материалах — от бетона до нержавеющей стали.

Хотя в мире есть опасения относительно потери множества рабочих мест, разработчики технологии не собираются разрушать глобальный строительный рынок стоимостью около $10 трлн. Наоборот, технология может мгновенно решить жилищные кризисы или радикально сократить затраты на строительство.

image © designboom

Производство различных присадок для материалов 3D-печати напрямую может принести пользу как самым богатым, так и бедным людям мира.

Итальянский архитектор и активист жилищного строительства в Сальвадоре Массимилиано Локателли, основатель архитектурной фирмы CLS Architetti в Милане, не так давно закончил трехмерную печать 1100-футового односемейного жилья. Он сотрудничал с Arup и стартапом CyBe, который делает переносной бетонный трехмерный принтер.

Неужели прототипы 3D-домов — пещеры древних людей?

Принтер экструдирует цемент так же, как настольный трехмерный принтер выдавливает пластик: печатающая головка, прикрепленная к роботизированной руке, перемещается вокруг, нанося один слой за раз, пока структура не вырастает из ничего. Незавершенные стены таких домов выглядят как лепешки или обнаженные осадочные породы.

Для Lisselot Tronconis привлекательность трехмерной печати — это не эстетика, но она может сократить затраты, время и труд, необходимые для строительства домов. Компания хочет использовать 3D-печатные здания, чтобы увеличить количество домов, которые она строит каждый год для некоторых бедных семей в мире в расползающихся пригородных трущобах Сальвадора.

Используя нетрадиционные методы, компания ICON уже построила более 800 домов по всему миру, в том числе 200 домов в Сальвадоре для семей, которые ранее жили в однокомнатных хижинах из древесины и листового металла.

Дом в Остине, штат Техас — местный стартап, чьи трехмерные методы печати были использованы для строительства семейных домов в Сальвадоре

В настоящее время дом из шлакоблока требует около 15 дней и $6500 на строительство. Пресс-секретарь New Story сообщила, что распечатка дома, по прогнозам, займет 24 часа, стоимость $4000, при этом используется вдвое меньше железа.

"По сути, трехмерная печать с использованием бетона — это современное обновление невероятно старых технологий строительства, — говорит Рик Рунделл, старший директор Autodesk, который делает дизайнерское и инженерное программное обеспечение популярным среди архитекторов, инженеров и подрядчиков. — Во всем мире наши доисторические предки делали дома из грязи, глины и подобных материалов, создавая свои стены одна за другой. Они также, как и современные 3D-дома, были устойчивыми, дешевыми и экономными.

Хотя бетон, безусловно, является самым распространенным материалом для изготовления аддитивных материалов архитектурного масштаба, он не единственный. Во французском Нанте команда университетских исследователей напечатала дом из бетона и пены. Исследователи из Швеции, США и других стран пытаются построить архитектурное здание из целлюлозы, стекла и множества новых композиционных материалов.

Сегодня, кроме голландской компании MX3D, которая построила мост в Амстердаме, трехмерную печать в строительстве используют Apis Corporations в России, китайский Winsun и Contour Crafting, арендовавшая объект площадью 33 600 кв. футов в Эль-Сегундо, штат Калифорния, где в настоящее время работает над мобильным роботом для 3D-строительства.

500 квадратов жилья — за 15 дней!

В Китае, к примеру, уже несколько лет подряд печатают жилые дома. Еще в 2015 году местная компания презентовала двухэтажный коттедж, основную роль в строительстве которого сыграл 3D-принтер. Дом строили по частям: сначала принтер печатал каждую комнату по отдельности, а после их с помощью крана собрали вместе. Представители фирмы заявляют, что могут собрать жилой дом площадью 500 "квадратов" всего за 15 дней.

В частности, в Китае используют контурное строительство. Суть технологии в том, что специальным устройством послойно укладывается пластичный материал, заправленный в картриджи. «Распечатать» дом на таком устройстве можно будет за считанные дни, при этом сведя отходы от стройки фактически к нулю.

На данный момент в промышленных масштабах проект такого принтера реализован только в компанией Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co. Устройство высотой 150 м пока может «печатать» только типовые конструкции не более 6 м в высоту.

Фото: 3dprinting.com

Но в перспективе, при развитии технологии, контурное строительство предполагает очень большую гибкость в реализации архитектурных проектов. На одном и том же принтере, не закупая новые материалы, только внося изменения в программу, можно будет возводить самые разные по форме здания. Уже сейчас архитекторы из Universe Architecture (Нидерланды) планируют «напечатать» дом в форме ленты Мёбиуса.

Использование 3D-принтера может стать идеальным решением для строительства дешевого, но уникального жилья быстро и без отходов. И такой способ возведения зданий может быть востребован не только на Земле: эти качества также важны, если строить дома на других планетах. Уже сейчас NASA планирует использовать 3D-принтер, разработкой которого занимается профессор университета Южной Калифорнии Берок Кошневиц, для постройки обитаемой базы на Луне.

Украина не отстает…

Хотя Украина не стоит в ряду экономических гигантов мира, у нас, оказывается, тоже есть подвижки в 3D-строительстве. Инженер из Киева Максим Гербут основал компанию, которая занимается производством "умных" домов на основе каркаса из стеклопластика, напечатанных на специальном 3D-принтере. Представители фирмы говорят, что могут возвести компактный домик за восемь часов. Кроме того, части сооружения не печатают по отдельности, а начиная от пола и до потолка возводят "за один раз". Затем рабочие устанавливают окна и двери, подводят коммуникации, а также занимаются внутренней отделкой и расставляют мебель.

Разработчики говорят, что такой дом оборудован всем необходимым для автономного существования: солнечными батареями, резервуарами для воды, а также фильтрами для ее очистки, системой контроля микроклимата. Управлять настройками можно с помощью программы в смартфоне. К слову, дополнительный фундамент для установки не требуется, так что, по словам авторов проекта, жить в таком доме можно в любом месте, независимо от климата и ландшафта. В продажу дома еще не поступили, но в 2017-м покупатели со всего мира оформили внушительное количество предзаказов. Только из США фирма получила 8000 заявок на покупку. Есть желающие и в странах ЕС, России, Канаде, Южной Корее, Казахстане и даже на Аляске.

3D-еду заказывали?

Тем временем изобретатели из Великобритании разработали 3D-принтер, который вяжет одежду. Хотя идея не нова (машины, которые можно запрограммировать на любой дизайн и тип вязки, уже используют на крупных производствах), их принтер по размеру намного меньше мануфактурных гигантов, поэтому такое оборудование можно установить дома.

А вот ученые из Еврейского университета в Иерусалиме создали первый пищевой 3D-принтер, способный печатать еду. Как утверждают изобретатели Одеда Шосейов и Идо Браславски, процесс изготовления таких принтеров не так уж и сложен и для выхода на массовый рынок может потребоваться не более 5 лет. Их пищевой 3D-принтер в качестве сырья использует наноцеллюлозу, белки, жиры и углеводы. Сейчас принтер может печатать только тесто, но исследователи утверждают, что их принтер способен на большее.

Наноцеллюлозу ученые исследовали в течение нескольких лет и пришли к выводу, что ферменты пищеварительного тракта спокойно переваривают это вещество, а сама наноццеллюлоза не вызывает никаких побочных реакций. В будущем эксперты будут смешивать наноцеллюлозу не только с питательными веществами, но и с витаминами, микроэлементами и антиоксидантами. Под воздействием температуры от лазера принтера наноцеллюлоза связывает ингредиенты. При этом обработка лазером позволяет придать напечатанному блюду более традиционный вид.

Как считают сами изобретатели, их разработка является достаточно перспективной. Помимо применения в кулинарии, она поможет тем, кто придерживается строгой диеты – диабетикам, вегетарианцам, профессиональным спортсменам, аллергикам и др. В общем, всем тем, кому наличие определенных веществ в пище может нанести вред здоровью.

При подготовке статьи использованы источники: hi-news.ru, segodnya.ua, wsj.com