Нестандартные материалы для 3D-печати

В 3D-печати используют разнообразные материалы, от пластика до гидрогеля со стволовыми клетками. Мы выбрали несколько удивительных примеров того, как обычные материалы адаптировали для 3D-принтеров и что из них печатают.

Инструментальная сталь

На 3D-принтере уже давно печатают медь, титан, золото, серебро, но особенный интерес у исследователей и промышленников вызывает печать инструментальной стали. Благодаря высокой прочности, термостойкости, устойчивости к трению и агрессивному воздействию окружающей среды спрос на неё велик не только в традиционной, но и аддитивной промышленности. 

Так, компания «NanoSteel» начала выпуск инструментальной стали для 3D-печати методом порошковой наплавки. После поверхностной закалки сталь становится еще прочнее и пластичнее, готовые инструменты качественнее, срок их службы — дольше. «NanoSteel» планирует стандартизировать процесс 3D-печати из инструментальной стали и сделать его доступным для промышленности.

Графен

Открытый в 2004 году графен — это двумерная форма углерода толщиной в один атом. Он легче воздуха и в 10 раз прочнее стали, электро- и теплопроводный, его исследуют вдоль и поперёк, желая найти достойное применение этим качествам. В Массачусетском технологическом институте графен нагрели и подвергли высокому давлению, в результате чего получили трёхмерный пористый графен, геометрия которого напоминает гироид. 

Увеличив трёхмерную структуру в тысячи раз, учёные создали по ее подобию модель для 3D-печати, напечатали образцы из металла и полимеров и подвергли их испытаниям на прочность. Форма оказалась важнее содержания, и вне зависимости от состава материала структуры остаются лёгкими и суперпрочными.

Практическое применение открытию найти легко — сочетание лёгкости и прочности востребовано в промышленности, строительстве, авиации. Например, пористый бетон обеспечит хорошую изоляцию стен, а мосты из него будут прочными и лёгкими, а благодаря маленькому размеру пор в напечатанном материале можно будет производить фильтры для установок водоочистки и химического обогащения.

Керамика

Как в традиционном, так и в 3D-производстве керамика используется либо в прикладном искусстве, либо в высокотехнологичных отраслях электроники и медицины. Высокие технологии используют метод фотополимеризации, когда жидкий материал затвердевает под действием луча лазера. Для печати керамики в фотополимер добавляют частицы алюминия, циркония или гидроксиапатита, затем напечатанные детали запекают в термокамере.

Полученный материал обладает массой достоинств: высокая тепло- и электропроводность, устойчивость к высоким температурам, коррозии, износостойкость, низкое тепловое расширение, хорошая совместимость с живыми тканями. Поэтому применение такой керамики узкоспециализированное: зубные протезы, коронки, мосты, корпуса датчиков, корпуса охлаждения, теплообменники и многое другое.  

Мясо и кожа

Зачем печатать еду, когда есть столько способов её вырастить, приготовить, купить в конце концов? Может быть, молекулярная кухня нуждается в новых технологиях, но зачем печатать шоколад, когда обычный ничем не хуже? На самом деле 3D-печать еды сложнее и серьёзнее, чем кажется. Например, есть группа исследователей, которая работает над процессом 3D-печати мяса, но не только потому, что им жалко убивать животных.

Животноводческие хозяйства занимают 40% территории суши, используют 30% водных ресурсов планеты, а производимый коровами метан приближает глобальное потепление, верите вы в него или нет. Чем больше мяса напечатают, а не вырастят на фермах, тем меньше будет метана в атмосфере и тем меньше накопленный парниковый эффект. А компания «Modern Meadow», преследуя те же цели, печатает коллагеновый заменитель кожи, который отличается от настоящей кожи только тем, что ни одно животное не пострадало в процессе. 

Всё начинается с клетки коллагена, которой меняют ДНК для получения желаемого качества, затем клетки растут, размножаются, образуют волокна и соединяются в ткань. Готовую биокожу подвергают экологичному ультразвуковому дублению. В «Modern Meadow» не считают, что смогут в одиночку спасти планету, но уверены, что их опыт послужит другим примером того, как создать экологичное производство не в ущерб красоте и качеству.

И 3D-принтеры, и материалы для них становятся сложнее и интереснее с каждым днём. За короткое время немыслимое количество веществ было адаптировано для аддитивных технологий, а качество напечатанных изделий превосходит даже научные расчёты. Всё это лишний раз подтверждает, что 3D-печать ценна не сама по себе, а как универсальный инструмент развития любого производства.