Если по-простому, то аддитивные технологии — «профессиональное» название 3D-печати. Сегодня их применяют в самых разных сферах: от создания деталей для самолетов до создания еды необычных форм. Одной из первых сфер, где начали активно использовать эти технологии, стала медицина. Кстати, любопытный факт: «отец» 3D-печати, Чарльз Халл, не думал, что хирургам и стоматологам может пригодиться его идея; они сами ему рассказали.
Одно из самых развитых направлений аддитивных технологий в медицине — создание имплантатов: например, металлических протезов костей. Чтобы получше разобраться в этой теме, мы нашли специалиста, который выращивает такие «супергеройские» кости.
Егор Ильич Кормазов, технолог аддитивного производства медицинских изделий в АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ», рассказал нам о том, из каких материалов делают такие имплантаты, как проходит его рабочий день, может ли он напечатать робопалец и что нас ждет в будущем.
Как аддитивные технологии используются в медицине?
Это достаточно обширное понятие. Основное направление тут — изготовление медицинских изделий из биоинтегрируемых металлических порошков. Его сопровождает прототипирование — создание из пластика модели той части человеческого тела, в которую будет интегрироваться имплантат.
Прототип необходим для подтверждения тех данных, которые мы получаем по КТ и МРТ снимкам. И он же помогает с высокой точностью спланировать процесс хирургической операции, в ходе которой будут устанавливать прецизионный имплантат.
Что значит «прецизионный»?
Это значит, что он точно повторяет форму того участка кости человека, куда будет установлен. После реабилитации человек с таким имплантатом может жить, как жил раньше, никто и не будет знать, что у него есть протез. Это особенно важно, когда речь идет о протезе костей лица и челюсти.
Наверное, вы в школе биологию любили?
Любил и биологию, и химию, мечтал стать врачом, но не сложилось, однако желание помогать людям оставалось со мной. Я получил образование инженера-технолога по сварке в РГУ нефти и газа им. Губкина, факультет инженерной механики, и работал на заводе. Когда поступило предложение попробовать себя в новом проекте, сразу понял: это то, что мне нужно.
Даже если бы я не связал жизнь с наукой, продолжил бы изучать технологические пределы и стараться интегрировать их в производство.
Вернемся к производству. Вы делаете имплантаты из биоинтегрируемого металлического порошка. Что это за порошок?
Титан и его сплавы. Этот металл очень прочный, и, что главное, он инертен к биологической среде человека. А чтобы он еще лучше сращивался с костями, мы покрываем протезы биорезорбируемым покрытием.
Чем аддитивные технологии в медицине отличаются от аддитивных технологий в других сферах?
В первую очередь это высокие требования к химическому составу и геометрии. Для медицины важно, чтобы материал был чистым и в нем не было примесей.
Процесс «печати» такого изделия похож на рисование ручкой?
Нет, потому что мы используем не пруток, а порошок. Да и весь процесс автоматизирован, принтер сам управляет процессом по заданной 3D-модели.
Как же создаются такие медицинские изделия, какой алгоритм?
На основе КТ- или МРТ-снимка создается 3D-модель костного каркаса. Затем в области проблемы создаем 3D-модель имплантата. Мы не можем сразу отдать ее принтеру: нужно понять, в каком режиме мы будем ее печатать и как она будет лежать на платформе. Затем «нарезаем» модель на слои — процесс называется «слайсингом». В результате мы получаем управляющий код печати для принтера. И начинается создание изделия.
После печати проводится термическая обработка платформы для снятия остаточных напряжений в имплантате. Затем его отделяют от платформы, удаляют поддержки…
«Поддержки»?
Да, имплантатам при печати нужны «леса» — это система поддерживающих структур, или, как говорят аддитивщики, поддержки. Они необходимы для формирования сложных наклонных поверхностей. Наши кости как раз такие.
После удаления поддержек мы отмываем изделие, проверяем, стерилизуем, наносим покрытие, еще раз стерилизуем — и все! Имплантат готов.
Что вы можете делать с помощью аддитивных технологий, чего нельзя было делать раньше?
Сложнопрофильные изделия со сложными внутренними каналами, ячеистые структуры, а также неразъемные подвижные шарнирные механизмы.
Вы можете напечатать целую роборуку? Или хотя бы робопалец?
На сегодняшний день мы изготавливаем только металлические элементы. Для изготовления роборуки требуются нейронные связи с человеческим мозгом, которые возможно реализовать, комбинируя аддитивные технологии и робототехнику.
В вашей работе больше практики или теории?
Моя работа больше практическая, но это не значит, что нет теории. Перед любым практическим действием идет точный просчет того, что мне необходимо получить, а после получения результата — исследования. Так что практика — это 60 % моего времени, остальное занимает теория.
Как проходит ваш рабочий день?
По-разному, все зависит от плана производства. Это, кстати, не дает заскучать. Я занимаюсь разработкой технической документации на инновационные процессы, разрабатываю техпроцесс с режимами обработки изделий, а также провожу различные исследования: от входного контроля до контроля качества готового изделия.
Что вам больше всего нравится в вашей работе?
Я очень рад, что оказался в АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ». Это правда. Во-первых, перед нами стоят самые амбициозные задачи, для решения которых есть вся научно-техническая база. Во-вторых, я могу полностью реализовывать свой потенциал, имея большие возможности для творчества.
Как вы считаете, какие открытия будут совершены в науке в XXI веке?
Мы однозначно запустим 3D-печать функциональных частей человеческого тела: полностью функционирующих сердец, мышц и слуховых аппаратов. Причем я говорю не о самой технологии, которая позволит изготовить опытные образцы, а о массовом применении по всему миру.
Какой совет дадите школьникам?
Изучайте физику, математику и информатику. Именно эти предметы дадут тот самый фундамент, который поможет развить широкий спектр компетенций в области аддитивных технологий и смежных областях.
О том, куда пойти учиться, чтобы стать аддитивщиком, мы спросили у Анны Глушковой, главного специалиста проектного офиса по развитию кадрового научного потенциала в частном учреждении «Наука и инновации» Росатома:
Можно смело сказать, что по актуальности и востребованности материаловедение — новое IT, такие специалисты будут востребованы и цениться как минимум несколько следующих десятилетий.
Базовые знания в материаловедении опираются на физику и химию. Кроме того, вам пригодятся навыки пространственного мышления, которые развиваются на занятиях черчением и 3D-моделированием: это поможет, например, при визуализации кристаллических решеток материалов.
Мы рекомендуем к поступлению несколько вузов, в том числе НИТУ МИСИС, РХТУ им. Д. И. Менделеева, МГТУ им. Н.Э. Баумана, НИЯУ МИФИ.
Для поступления в НИТУ МИСИС на программу базового высшего образования «Материаловедение и технологии материалов» или программу бакалавриата «Нанотехнологии и наноматериалы» нужно будет сдать обязательные ЕГЭ: математику и русский язык, а также предмет по выбору — физику/химию/информатику и ИКТ. В магистратуре можно будет продолжить обучение: например, по одной из программ Передовой инженерной школы «Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии» на базе НИТУ МИСИС: там обучение максимально связано с практикой, а курсовые работы можно сдавать в виде разработок или проектов.
В МГТУ им. Н.Э. Баумана также реализуется программа бакалавриата «Материаловедение и технология материалов», но перечень ЕГЭ другой. Обязательные предметы — профильная математика и русский язык. Предметы по выбору — физика/информатика.
В НИЯУ МИФИ вы сможете поступить на бакалавриат по программе «Физика материалов и процессов». Для поступления нужно сдать ЕГЭ по математике, русскому языку и физике.
Мы приглашаем вас в наше сообщество «Наука «Росатома» для школьников», где анонсируются полезные мероприятия, конкурсы, научные активности для старшеклассников, приняв участие в которых ребята смогут прокачать свои знания и навыки и стать на шаг ближе к своей цели — к карьере ученого!
