Печать 4D: технология приходящая из будущего!

Введение

Технология 3D-печати существует уже почти 30 лет. Тем не менее, в то время как аддитивная промышленность все еще открывает новые приложения, новые материалы и новые 3D-принтеры, возникает другая технология .

Эта технология полного 4D и приходит прямо из будущего! Как мы добавляем четвертое измерение к печати в 3D? Ранее мы уже познакомили вас с тем , как материалы изменяют форму с помощью этой технологии, в этом посте мы расскажем подробнее про саму технологию печати 4D и исследуем ее потенциал и ее будущие применения.

Что такое 4D печать?

4D печать-это процесс, с помощью которого 3D-печатный объект преобразуется в другую структуру под влиянием внешних факторов – температуры, света или других воздействий из окружающей среды.

Эта технология является частью проекта MIT S elf-assembly Lab . Цель этого проекта-объединить технологию и дизайн для изобретения самосборных и программируемых материалов и технологий, направленных на переосмысление конструкции, производства, сборки продукта.

На видео выше мы видим плоскую печатную структуру, которая, будучи помещенной в горячую воду, медленно складывается в другую структуру. Это видио из тест-лаборатории самосборки MIT, демонстрирующий функциональность преобразования формы.

В чем разница между 3D-печатью и 4D-печатью?

Очевидно, печать 4D имеет одну ” D ” больше чем печать 3D. Что это означает и почему это так удорожает технологию? 3D-печать – это повторение 2D-структуры, слой за слоем, слой за слоем, пока не будет создан объем 3D. Печатью в 4D названа печать в 3D но материалами меняющими свои свойства с течением времени или под воздействием внешних факторов. 

4D-печатный захват – захватывает объект, когда температура оптимальна

4D печатный объект печатается так же, как и любая 3D-печатная форма. Разница в том, что технология печати 4D использует программируемые и передовые материалы, которые выполняют другую функциональность, добавляя горячую воду, свет или тепло. Вот почему неживой объект может изменить свою трехмерную форму и поведение с течением времени.

Как работает 4D печать?

Технология печати 4D использует обычные принтеры 3D, но используя “умный материал”, который может быть или гидрогелем или полимером с памятью формы . Благодаря термомеханическим свойствам и другим свойствам материалов, смарт-материалы обладают переменными свойствами изменения формы и отличаются от обычных материалов для 3D-печати .

С другой стороны, объекты, напечатанные с помощью технологии 3D-печати, характеризуются жесткостью. Это означает, что 3D-печатные объекты будут сохранять свою 3D-форму после печати.

Преимущества печати 4D

Изменение размера

Наиболее очевидным преимуществом 4D-печати является то , что благодаря просчитанному складыванию объекты размером больше, чем принтеры, могут быть напечатаны как одна деталь за один раз. Поскольку печатные объекты 4D могут изменять форму, могут сжиматься и разворачиваться, объекты, которые слишком велики, чтобы соответствовать принтеру, могут быть сжаты для 3D-печати в их вторичную форму.

Уменьшение объема на 87% | Фото автора n-e-r-v-o-u-s.com

Новые материалы = новые свойства

Еще одним преимуществом технологии 4D печати является использование возможных прикладных материалов . Печать 4D имеет более обширный потенциал революционизировать мир материалов относительно того каким мы знаем его сегодня. Представьте себе, что 4D печать применяется к различным интеллектуальным материалам, которые сегодня мы даже не можем себе представить!

До сих пор мы не видели экспериментов с полимерами памяти формы Мультиматериалов. Материалы, подобные тем, что представлены в видео ниже, “запоминают” их форму, активно Преобразуя конфигурации с течением времени в ответ на внешние стимулы. Например, мы могли бы сделать устройства, которые изменят форму и выпустят лекарство, когда у пациента изменяется температура.

Потенциальные применения печатания 4D

Видео выше демонстрируют очень простым способом процесс печати 4D. Хотя, даже если эти примеры не характеризуются большой сложностью, мы можем предвидеть большой потенциал в этой технологии.

Саморемонтирующаяся трубопроводная система

Одним из потенциальных применений 4D печати в реальном мире были бы трубы водопроводной системы, которые динамически изменяют свой диаметр в ответ на расход потока и потребность в воде. Трубы, которые, возможно, могли бы починить себя автоматически, если они треснут или сломаются, из-за их способности изменяться в ответ на изменение окружающей среды.

Мебель которая сама себя собирает

Поскольку 3D-печать мебели ограничена размером принтера, 4D-печать может позволить просто распечатать плоскую доску, которая свернется в кресло, просто добавив к немй воду или свет. Представьте себе, что это более сложная версия видео ниже. 

Медицинская промышленность

С другой стороны, представьте себе, что печать 4D применяется в очень малых масштабах, в таких секторах, как фармацевтика или медицина. 4D печатные белки могут быть отличным вариантом, как пример самоконфигурирующегося белка. Еще один специальный материал, над которым работают исследователи, – это саморастворяющийся белок.  Другое применение печати в 4D в медицинском поле смогло конструировать Стенты. Запрограммированные Стенты будут проходить через человеческое тело, и когда они достигнут своей цели, они откроются.

Ультрамодные модели одежды

Одна из идей заключается в том, что одежда может меняться в зависимости от погоды или активности. Например, обувь может изменить свою форму, когда вы начинаете работать, чтобы обеспечить вам лучший комфорт и амортизацию.

Настоящее исследование печати в 4D

Гарвардский институт Wyss Institute for Biological inspired engineering

Группа исследователей, созданная в Гарвардском институте Wyss Institute for biologically inspired engineering, разрабатывает специальный материал под названием гидрогель. Материал вдохновлен цветами, которые меняют свою форму в зависимости от окружающей среды. Гидрогель может имитировать способность цветов изменять свою структуру в зависимости от температуры, влажности и т. д. 3D-печать позволяет ученым изготавливать сложные конструкции с помощью гидрогеля.

Университет Вуллонгонга

Команда ученых из Университета Вуллонгонга в Австралии разработала первый в истории 4D печатный водяной клапан. Это огромное достижение, поскольку клапан закрывается сам, когда на него льется горячая вода, и расширяется, когда температура падает. Это явление возможно благодаря 3D печатным гидрогелевым чернилам, которые быстро реагируют на высокие температуры.

Сингапурский университет технологий и дизайна

Исследователи из Сингапурского университета технологии и дизайна взяли на себя еще один вопрос с 4D печатью: ее коммерциализация. Проблема заключается в материалах, производство которых сложно и дорого. Эта команда решила использовать коммерчески доступный мультиматериальный 3D-принтер и объединить 5 этапов подготовки материала всего в одном!

Можете ли вы начать 4D печать?

Все эти потенциальные применения кажутся очень вдохновляющими и перспективными для будущего! Все исследования, проведенные до сих пор вокруг свойств 3D-печатных материалов, могут многое предложить аддитивной промышленности и, безусловно, способствуют ее росту.

Даже если мы находимся в самом начале технологии 4D печати, мы не можем ждать, чтобы увидеть, как это повлияет на будущее аддитивного производства, так же, как 3D-печать покорила традиционное производство.