4D-друк розвиває технологію 3D-друку, додаючи матеріалам здатність змінювати форму після виготовлення. Для цього використовують тепло, воду, світло, електричні сигнали та інші стимули.
Про це пише видання Interesting Engineering.
Йдеться про створення об'єктів, які після друку можуть згинатися, складатися, розширюватися або змінювати конфігурацію у відповідь на певні умови. Концепцію 4D-друку у 2013 році популяризував архітектор і комп’ютерний науковець Скайлер Тіббітс.
На відміну від звичайного 3D-друку, де виріб після виготовлення зазвичай зберігає задану форму, 4D-друк передбачає використання матеріалів, реакцію яких на конкретний стимул можна запрограмувати.
Назва «4D» пов’язана не з додатковим просторовим виміром. Четвертим виміром тут вважають час, оскільки форма надрукованого об'єкта може змінюватися вже після його виготовлення.
Для 4D-друку дослідники використовують різні матеріали. Наприклад, полімери з пам’яттю форми можуть повертатися до запрограмованої конфігурації під дією тепла. Гідрогелі здатні набухати або стискатися під впливом води. Також вивчаються рідкокристалічні еластомери,
матеріали із властивістю самовідновлення та композити з кількома функціями.
Важливу роль відіграє не лише склад матеріалу, а й спосіб його друку. Різні частини виробу можна зробити такими, що реагують на стимул із різною швидкістю або силою. Завдяки цьому плоска конструкція може, наприклад, самостійно зігнутися у визначену форму.
Потенційні сфери застосування охоплюють медицину, робототехніку, авіакосмічну галузь, електроніку, автомобільну промисловість і будівництво.
У медицині дослідники вивчають можливість використання таких конструкцій для доставки ліків, створення тканин, діагностичних пристроїв та імплантів, які могли б реагувати на умови всередині організму.
У м’якій робототехніці 4D-надруковані елементи потенційно можуть змінювати форму без традиційних двигунів. В авіакосмічній галузі технологію розглядають для створення легких конструкцій, які можна надрукувати у компактному вигляді, а після активації розгорнути або змінити їхню конфігурацію.
Втім, до масового виробництва 4D-друку поки далеко. Значна частина розробок перебуває на лабораторній стадії або на етапі демонстрації концепції.
Серед основних проблем залишаються контроль швидкості зміни форми, довговічність, повторюваність результату та робота матеріалів у різних умовах.
Окремим завданням є масштабування технології. Матеріал, який добре працює в невеликому лабораторному зразку, ще потрібно навчитися використовувати для створення великих і надійних промислових деталей.
Тому 4D-друк, імовірно, не замінить 3D-друк, а доповнить його. Якщо 3D-друк дає змогу точно визначити форму виробу, то 4D-друк додає можливість запрограмувати його поведінку після виготовлення.
Читайте також:
- Друкує 100-метрові багатоповерхівки. В Австралії створили 3D-принтер для будівництва — як він працює
- Мобільні фабрики. ВМС США випробують мережу 3D-принтерів для друку запчастин у морі
- Ракета в гаражі? Штучний інтелект знайшов шість способів друку сплаву для космічних апаратів на комерційних 3D-принтерах
