Ce este imprimarea 4D și cum diferă de imprimarea 3D?

Credință imagine: Made360/.com

Cercetătorii se uită acum la a patra dimensiune pentru a crea o nouă generație de materiale inteligente imprimate, capabile să își schimbe forma.

Imprimare 3D vs. imprimare 4D

Imprimarea tridimensională, cunoscută și sub numele de fabricație aditivă, preia o schiță digitală și o transformă într-un obiect fizic folosind proiectarea asistată de calculator (CAD).

O structură 2D care se repetă este construită, strat cu strat, de jos în sus, până când o construcție 3D este completă. Obiectul finit se caracterizează prin rigiditate și incapacitatea de a-și schimba forma, la fel ca orice piesă tipică din metal sau plastic.

Procesul de imprimare 4D este, în esență, același – utilizează aceleași imprimante 3D, iar computerul rulează același program pentru a depune materialul în straturi succesive până când se formează o structură 3D.

Click aici pentru a afla mai multe despre tehnologiile de imprimare 3D.

Cu toate acestea, imprimarea 4D adaugă o nouă dimensiune, în care structura își poate schimba forma în timp. Este nevoie de materiale unice și de modele personalizate care să fie încorporate în program pentru a determina imprimarea 3D să își schimbe forma atunci când este declanșată de un stimul specific, cum ar fi căldura, apa sau lumina.

Acest ingredient programabil – un hidrogel sau un polimer cu memorie de formă – este capabil să își modifice forma fizică sau proprietățile termomecanice într-un mod programabil, pe baza introducerii utilizatorului sau a unei detecții autonome.

Hidrogelurile pot absorbi cantități mari de apă și pot fi programate să se micșoreze sau să se extindă în funcție de schimbările din mediul extern. Polimerii cu memorie de formă pot reveni la forma inițială dintr-o formă deformată atunci când se aplică un stimul.

În timp ce imprimarea 3D conține instrucțiunile pentru imprimarea succesivă a straturilor de material, imprimarea 4D adaugă un cod geometric precis la acest proces, bazat pe unghiurile și dimensiunile formei dorite. Acesta conferă formei memorie și instrucțiuni privind modul în care să se deplaseze sau să se adapteze în anumite condiții de mediu.

Cercetări privind formele tipărite în 4D

Există multe instituții și companii care cercetează în prezent formele tipărite în 4D și posibilele lor aplicații.

Laboratorul de autoasamblare de laMIT găzduiește un proiect care combină tehnologia și designul pentru a inventa tehnologii de autoasamblare și de materiale programabile pentru a reimagina construcția, fabricarea, asamblarea produselor și performanța.

Un proiect de dezvoltare vede o structură imprimată plană care se pliază încet într-o altă conformație atunci când este plasată în apă fierbinte. Acest lucru ar putea permite ca structuri mult mai mari să fie tipărite la o scară mai mică pentru a se extinde sau a se desfășura într-o etapă ulterioară.

Laboratorul a cercetat lemnul programabil, care ar putea fi extins pentru mobilierul cu autoasamblare. Imaginați-vă o placă plană imprimată în 4D care se curbează într-un scaun prin adăugarea de apă sau lumină.

Creditul video: Self-Assembly Lab, MIT/Vimeo

Fondatorul laboratorului, Skylar Tibbits, crede că tehnologia are un mare potențial în multe domenii, inclusiv în industria modei. El are în vedere pantofi de sport care își schimbă ținuta în picioare în funcție de ceea ce faceți și îmbrăcăminte care își poate modifica compoziția ca răspuns la condițiile meteorologice.

Cu toate acestea, este mai probabil să vă intersectați cu imprimarea 4D sub forma unor implanturi medicale sau a unor sisteme mecanice care își schimbă configurația în diferite condiții de mediu.

Cercetătorii de la Universitatea din Wollongongong din Australia au dezvoltat o supapă de apă imprimată în 4D care se închide atunci când este expusă la apă fierbinte și se deschide din nou după ce temperatura s-a răcit. Aceasta folosește o cerneală hidrogel care reacționează rapid la căldură.

Imprimarea 4D ar putea fi folosită în biotehnologie sau în medicină. De exemplu, stenturile tipărite în 4D ar putea fi plasate în vasele de sânge și s-ar putea extinde atunci când ajung în zona potrivită, adăugând un suport suplimentar. De asemenea, ar putea fi folosite în capsule de medicamente care își schimbă forma pentru a elibera medicamentul odată ajuns la destinație.

Citește mai mult: Construirea unei rachete în 60 de zile: Viitorul imprimării 3D în industria aerospațială

Cercetătorii de la Universitatea George Washington au dezvoltat un tip de rășină lichidă fotopolimerizabilă, imprimabilă 4D, dintr-un compus acrilat epoxidat din ulei de soia regenerabil. Aceasta ar putea fi folosită ca schelă pentru creșterea celulelor stem din măduva osoasă.

Alte aplicații medicale ar putea include proteine care se reconfigurează singure sau proteine care se pliază singure – un alt proiect al Laboratorului de autoasamblare de la MIT.

Utilizări suplimentare includ țevi care se repară singure și care își modifică diametrul ca răspuns la cererea de apă și la debitul de apă și care se vindecă singure de fisuri sau rupturi. Astfel de materiale ar fi avantajoase în medii extreme, cum ar fi spațiul, deoarece formele transformabile ale materialelor tipărite în 4D ar permite construirea de poduri și adăposturi sau posibilitatea de autoreparare atunci când sunt deteriorate de intemperii.

Arhitectura ar putea, de asemenea, să beneficieze, deoarece fațadele adaptabile sau acoperișurile care se deschid/închid singure și care sunt activate de intemperii se numără, de asemenea, printre aplicațiile viitoare.

Viitorul imprimării 4D

Tehnologia imprimării 4D se află încă în stadii incipiente de cercetare și dezvoltare.

În prezent, singurele locuri susceptibile de a găzdui forme tipărite în 4D sunt laboratoarele și facilitățile de prototipare, precum și unele expoziții de arhitectură și instalații de artă.

Viitorul pare promițător și, ca și în cazul imprimării 3D, lista aplicațiilor posibile este imensă. Utilizarea unor astfel de materiale inteligente ar putea revoluționa lumea materialelor așa cum o cunoaștem.

Referințe și lecturi suplimentare

Disclaimer: Opiniile exprimate aici sunt cele ale autorului exprimate în calitatea lor privată și nu reprezintă neapărat opiniile AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, proprietarul și operatorul acestui site. Această clauză de renunțare face parte din Termenii și condițiile de utilizare a acestui site.

Citatele