Ученые «приделывают» к 3D-принтерам еще одно измерение – время, получая 4D печать. Такая печать создает подвижные объекты переменной формы, например плоские компоненты, которые можно сложить в трехмерные объекты на более позднем этапе, или даже объекты, которые могут менять свою форму, как функцию внешних воздействий.
Теперь исследователи из Швейцарии продвинулись еще на один шаг дальше, разработав принцип построения, который позволяет им контролировать деформации.
Структурный принцип зависит от исполнительного элемента, разработанного учеными, и принимающего два возможных состояния: сжимается или расширяется. Исследователи объединили эти элементы для создания более сложных структур. Поскольку отдельные элементы могут принимать только одно из двух конкретных состояний, исследователи могут прогнозировать стабильную трехмерную форму общей структуры. Метод также позволяет создавать структуры, которые могут принимать несколько устойчивых форм. И так как исследователи попутно разработали программное обеспечение для моделирования, они могут точно предсказать формы и силы, которые должны быть применены для получения деформации. Это помогает им при проектировании объектов.
Ученые напечатали 4D-структуры на профессиональном мульти-материальном 3D-принтере. Объекты включают два материала: жесткий полимер, который составляет большую часть структуры и эластичный полимер для подвижных частей. Исследователи распечатали все детали за один проход.
«4D печать имеет ряд преимуществ», - говорит автор, профессор Кристина Ши. «Печать плоской начальной формы, с жесткими и эластичными участками в один шаг является весьма эффективной. Было бы гораздо более сложным и трудоемким произвести трехмерный объект или собрать его из отдельных элементов». Плюс, плоская структура экономит место при транспортировке и может быть развернута в конечном пункте назначения. Аналогичные подходы давно используются в космическом пространстве, например, в виде транспортировки конструкций в сложенном состоянии.
Аэрокосмическая отрасль, таким образом, является одним из возможных приложений для 4D-печати. Но ученые также предлагают печатать вентиляционные системы, механизмы для открытия и закрытия клапанов или различные медицинские применения.
