Что такое 4D-печать?

Jul 29, 2023

4D-печать — это процесс создания 3D-печатных объектов, которые могут со временем трансформироваться в зависимости от определенных стимулов, таких как воздействие воздуха, воды или тепла.

4D-печать — это процесс, при котором 3D-напечатанные объекты программируются на автономное преобразование с течением времени в ответ на раздражители окружающей среды, такие как тепло или свет.

Представьте себе автономную, самособирающуюся мебель, поставляемую в плоских упаковках; здания, которые строятся сами собой; регенеративные подземные трубопроводные системы; функциональные, готовые к печати органы.

Или, может быть, во время любопытного поиска в Google вы наблюдали, как изогнутый текстильный материал в форме синусоидальной волны скручивается во что-то, напоминающее шезлонг эпохи брутализма или миниатюру Эйфелевой башни, изображающую желатиновый макияж, который растаял и восстанавливал форму под воздействием тепла.

В любом случае, эти могучие морфируемые объекты представляют собой визуализацию 4D-печати, которая привносит свойства самоактивации в процесс 3D-печати.

4D-печать создает самособирающуюся, программируемую материю, предназначенную для временной трансформации, создавая своего рода активное оригами. Термин 4D или четвертое измерение по существу означает время и подробно описывает влияние времени на печатный объект.

«Благодаря 4D-печати объекты могут быть напечатаны с дополнительными функциями, которые позволяют им изменять форму или функции с течением времени», — сказал Синьи Сяо, доцент кафедры машиностроения и производственного инжиниринга в Университете Майами. «Это можно использовать для создания объектов, которые могут адаптироваться к окружающей среде или даже самовосстанавливаться».

В проектах 4D-печати 3D-печатные изображения в основном зависят от времени. После того, как эти изображения будут полностью изготовлены, они могут трансформироваться в ответ на стимулы окружающей среды, с которыми они взаимодействуют.

Изменяющие форму умные материалы, из которых состоят предметы, напечатанные на 4D-принтере, реагируют на катализатор — например, на тепло, воду, свет, ветер или электричество — на основе набора инструкций, записанных в их геометрическом коде. После активации они могут удлиняться, сгибаться, морщиться, складываться, скручиваться или даже распадаться. Все, от дерева до резины, можно расслаивать с помощью материалов, реагирующих на раздражители. Цель этой практики — открывать новые свойства и манипулировать объектами без вмешательства человека или механического вмешательства.

В этом вся суть. Скайлар Тиббитс, основатель и директор по исследованиям Лаборатории самосборки Массачусетского технологического института, описал цель 4D-печати — создать безмоторную, беспроводную, бесмощную технологию — когда он впервые ввел этот термин во время выступления на Ted Talk в 2013 году.

«На самом деле мы пытаемся создать роботов без роботов», — сказал Тиббитс Fast Company. «Мы хотим разработать материалы, которые могут трансформироваться под воздействием энергии, но для работы которых не обязательно требуются печатные платы, электроника или другие движущиеся части».

«[Четырёхмерная] печать имеет множество потенциально влиятельных областей применения», — сказал Сяо, перечислив в качестве вариантов использования медицину, гибкую электронику, мягких роботов и даже мебель.

Например, проводящие чернила можно использовать для создания электронных устройств, сказала она. Однако этот процесс ограничен на плоских поверхностях. Адаптируя поведение изменения формы, доступное в 4D, можно разрабатывать более сложные электронные компоненты.

По данным нишевого новостного агентства 3Dprint.com, аэрокосмическая, автомобильная, швейная, строительная, военная, медицинская и производственная отрасли являются передовыми отраслями, осваивающими 4D-пространство.

Настоящее чудо этой технологии заключается в ее отдаленном потенциале. Сегодняшний успех печати простого самоскладывающегося стула побудил исследователей и 4D-энтузиастов мечтать об адаптивных медицинских имплантатах и ​​самостоятельных зданиях.

«[Четырехмерная] печать все еще находится на ранней стадии», - отметил Сяо, чьи исследовательские усилия в настоящее время сосредоточены на контроле качества в аддитивном производстве, основанном как на 3D, так и на 4D, включая мастерство самоморфирующейся структуры и дизайна. «Но это захватывающая технология, которая может изменить способ производства предметов. Сохранять творческий подход крайне важно, чтобы люди могли переосмыслить цифровую производственную линию».