4Dプリンティングとは何か、3Dプリンティングとどう違うのか？

Image Credit: Made360/.com

科学者は現在、形を変えることができる新世代の印刷スマート材料を作り出すために4次元に注目しているところです。

3D 印刷と 4D 印刷の比較

付加製造としても知られる 3 次元印刷は、デジタル設計図をコンピューター支援設計 (CAD) を使用して物理的オブジェクトに変換するものです。 4D プリンティングのプロセスも基本的には同じで、同じ 3D プリンターを使用し、コンピューターが同じプログラムを実行して、3D 構造が形成されるまで、材料を連続した層に堆積させます。 熱、水、または光などの特定の刺激によってトリガーされたときに、3D プリントが形状を変えるように促すために、独自の材料とカスタマイズされた設計をプログラムに組み込む必要があります。

このプログラム可能な成分であるヒドロゲルまたは形状記憶ポリマーは、ユーザー入力または自律的な感知に基づいて、物理形状または熱機械特性をプログラム可能に変更することが可能です。 形状記憶ポリマーは、刺激を与えると、変形したものから元の形状に戻ることができます。

3D印刷には材料の層を連続的に印刷する指示が含まれていますが、4D印刷では、希望の形状の角度と寸法に基づいて、プロセスに正確な幾何学コードを追加しています。 これは、形状記憶と、特定の環境条件下でどのように移動または適応するかという指示を与えます。

Research into 4D-Printed Forms

4D プリントされた形状とその可能なアプリケーションについては、現在多くの機関や企業が研究を行っています。

MIT の自己組織化研究所は、建設、製造、製品組み立て、および性能を再考するための自己組織化とプログラム可能な材料技術を発明する、テクノロジーとデザインを組み合わせたプロジェクトの本拠地です。 これによって、より大きな構造を小さなスケールで印刷し、後の段階で拡大または展開できるようになるかもしれません。

この研究所では、自己組み立て家具用にスケールアップできるプログラム可能な木材を研究しています。 4D 印刷された平らな板が、水や光を加えることで丸まって椅子になることを想像してみてください。

Video Credit: Self-Assembly Lab, MIT/Vimeo

研究所の創設者の Skylar Tibbits は、この技術がファッション業界など多くの分野で大きな可能性を持っていると考えています。 彼は、何をしているかによって足へのフィット感を変えるトレーナーや、天候に応じて構成を変えることができる衣類を想定しています。

しかし、医療用インプラントや、異なる環境条件で構成を変える機械システムという形で、4Dプリントに出会う可能性の方が高いでしょう。 これは、熱に素早く反応するハイドロゲル・インクを使用したものです。 たとえば、4Dプリントされたステントを血管に埋め込み、適切な場所に到達すると拡張して、さらに支持を追加することができます。 また、目的地に到達すると形状が変化して薬を放出する、薬のカプセルにも使用できるかもしれません。 60 日間でロケットを作る。 ジョージ ワシントン大学の研究者たちは、再生可能な大豆油エポキシ化アクリレート化合物から、4D プリント可能な光硬化性液体樹脂の一種を開発しました。 これは、骨髄幹細胞の成長のための足場として使用できるかもしれません。

その他の医療用途としては、MIT の自己組織化研究所による別のプロジェクト、自己再構成タンパク質または自己折りたたみタンパク質が考えられます。 このような材料は、4Dプリント材料の変形可能な形状により、橋やシェルターを建設したり、天候によって損傷したときに自己修復する可能性があるため、宇宙などの極限環境で有利になります。

建築も、天候によって作動する適応型ファザードや自動開閉屋根など、将来の応用例のひとつとして利益を得られるかもしれません。

The Future of 4D Printing

4D 印刷技術は、まだ研究開発の初期段階にあります。

現在のところ、4D 印刷されたフォームが置かれる可能性があるのは、研究所や試作施設、および一部の建築展示やアート インスタレーションなどです。

参考文献と参考資料

免責事項：ここで述べられた見解は、個人の資格で述べられた著者のもので、必ずしもこのウェブサイトの所有者および運営者の AZoNetwork T/A AZoM.com Limited の見解を代表するものではありません。 この免責事項は、本ウェブサイトの使用条件の一部を構成します。

引用元