3D-принтер может печатать мясо, конфеты и электронику

Ученые из Лаборатории вычислительного синтеза Корнелльского университета разработали уникальный 3D-принтер VoxJet, который может производить небольшие изделия любых цветов, твердости, плотности, проводящие ток на одном участке и изолирующие на другом, со встроенным запоминающим устройством или процессором. Фактически с помощью такого прибора можно собрать огромное количество самых разнообразных машин и устройств - возможности конструирования ограничены только фантазией.

Прибор работает довольно просто: из сравнительно небольшого набора различных строительных блоков формируется более крупный объект. Так, например, ДНК, аминокислоты, и белки формируются из ограниченного числа строительных блоков. Ученые не открыли ничего нового, они лишь создали прибор, использующий основной принцип существования материи во Вселенной.

В цифровом виде 3D-объект состоит из повторяющихся основных блоков, которые называют "элемент объема" или "воксел". Каждый воксел либо занят материалом (1), либо пуст (0). Это позволяет описать структуру трехмерного объекта достаточно простым компьютерным алгоритмом, который управляет станком с числовым программным управлением. Особое значение имеет качество строительных блоков и точность их укладки в конструкцию. Здесь американским ученым помогло простое наблюдение за детьми, собирающими конструкторы Lego. Точность движения пальцев у детей около 1 мм, тем не менее конструктор они собирают с точностью до 5 мкм! Как оказалось, все трехмерные объекты имеют точность сборки, которая зависит от того, насколько подходят друг другу "детали" объекта. Проще говоря, точность изготовления деталей конструктора позволяет собирать изделия с минимальными дефектами.

Аналогичный принцип используется и в 3D-принтере Корнелльского университета.

Принтер накладывает вокселы строго выдержанных размеров друг на друга слой за слоем, пока не получается законченная трехмерная фигура с высокой точностью изготовления. Это похоже на работу струйного принтера, только в итоге получается не двухмерная картинка, а объемный предмет. Вместо чернил VoxJet использует различные строительные блоки (микроскопические решетки или шарики) и печатает со скоростью до 10 элементов в секунду. Причем ненужные уже предметы можно разобрать на составные части с помощью того же 3D-принтера и опять использовать сырье, из которого они были сделаны.

Для чего может использоваться принтер, похожий на Voxjet? Не будет преувеличением сказать, что для всего! Теоретически, выдаваемый 3D-принтером перечень продуктов ограничен только габаритами устройства и материалом строительных блоков. На нем с успехом можно "распечатать" кусок сырого мяса, используя в качестве строительных блоков мышечные клетки, а можно создать мобильный телефон, используя токопроводящие и изолирующие материалы. Voxjet пока далеко до производства таких сложных изделий, но аппаратные средства в наше время совершенствуются просто с невероятной скоростью.

Надо отметить, что в прошлом году уже поступил в продажу медицинский прибор Organovo, который с помощью 3D-печати производит ткани человеческого тела, пригодные для имплантации. Есть также принтер Cornucopia, который создан для приготовления сложных блюд (типа пирожных) аналогичным способом, и его более простой аналог CandyFab для создания конфет из сахара. Особенностью Voxjet являются простые и надежные алгоритмы работы с микроскопическими строительными блоками, в роли которых могут выступать различные материалы. Это позволяет с высокой точностью создавать композитные материалы с заданными свойствами и в перспективе даже сложные электронные приборы.

Так что, возможно, в течение ближайших 10 лет производители разнообразных мелких товаров – от зубных щеток и мобильных телефонов до конфет - будут вынуждены перейти на производство "чернил" для 3D-принтеров. Ну а мы получим огромное пространство для творчества и исключительно обустроенный и комфортный быт, избавленный от необходимости контролировать наличие в доме сотен мелочей.