Пока мы все еще пытаемся понять возможности и ограничения трехмерной печати и аддитивного производства, в нашем словаре появился новый термин. 4D-печать — это не что иное, как технология цифрового производства (3D-печать), которая включает в себя новое измерение: временное. Это означает, что печатный материал, когда он будет готов, сможет изменяться, трансформироваться или перемещаться автономно благодаря своим внутренним свойствам, которые реагируют на стимулы окружающей среды.
Эту концепцию популяризировала исследователь Скайлар Тиббитс, которая координирует лабораторию самосборки Массачусетского технологического института (MIT) в сотрудничестве со Stratasys и Autodesk. Технология все еще довольно новая, но ожидается, что она будет использоваться во многих областях: в строительстве, инфраструктуре, автомобилестроении и аэронавтике и даже в здравоохранении в сочетании с биопечатью.
4D-печать напрямую зависит от материалов, использованных для создания объекта. Так называемые интеллектуальные материалы, как показывает в этой лекции исследователь Анна Плошайски, представляют собой твердые тела, свойства которых — их форма, размеры или цвет — изменяются в ответ на внешний раздражитель, такой как тепло, свет, влажность, давление или магнетизм. простой благодаря своим внутренним свойствам материала. По словам Анны: «Сегодняшний трехмерный материальный мир состоит из пассивных, неодушевленных материалов, таких как кирпич, сталь и стекло. Четырехмерные структуры состоят из активных, анимированных, так называемых «умных материалов», которые движутся автономно – набухают, сжимаются или изгибаются в ответ на раздражитель – в сочетании с пассивными материалами. Это позволяет им двигаться и менять форму без робототехники, электроники или двигателей».
Она приводит в пример сосновую шишку как природный разумный материал. Он функционирует через два слоя жестких волокон, идущих в разных направлениях, позволяя открывать или закрывать конус, так что семена высвобождаются только тогда, когда в почве наступает благоприятное время для прорастания (горячее и сухое). При высокой влажности шишка остается закрытой, защищая семена. Это один из примеров того, как стремление понять и воспроизвести сложные природные процессы адаптивности, устойчивости и эффективности мотивирует инженеров-материаловедов. Это также движущая сила биомимикрии, в которой 4D-печать может материализовать многие идеи, которые технологии еще не достигли.
Основная цель 4D-печати — иметь возможность программировать материал, заставляя его реагировать в соответствии с параметрами окружающей среды. Но для чего это можно использовать? В этом докладе Скайлар Тиббитс показывает некоторые текущие эксперименты, в которых объекты при нагревании или каком-либо стимулировании изгибаются и принимают другие трехмерные объемы. Исследователь также упоминает различные другие возможности 4D-печати, например, в области инфраструктуры: например, дренажная труба, которая может сжиматься или расширяться вместе с потоком воды; или канализационную систему, которая может транспортировать отходы посредством сокращений и расслаблений, подобных перистальтическим движениям кишечника, которые могут преодолевать уклоны местности.
Будущие применения можно увидеть в строительстве и производстве, а также в промышленности современных материалов, где детали могут самостоятельно трансформироваться из сырья в готовые встроенные конструкции без вмешательства человека. Это действительно радикальный сдвиг в нашем понимании структур, которые до сих пор оставались статичными и жесткими (аэрокосмическая, автомобильная, строительная отрасли и т. д.) и вскоре станут динамичными, адаптируемыми и настраиваемыми для достижения требуемых характеристик. . 4D-печать, дополненная технологией использования нескольких материалов, вероятно, может революционизировать нашу способность контролировать и точно программировать материалы от концепции идеи до трансформаций, меняющих форму. (Скайлар Тиббитс | Лаборатория самосборки, Массачусетский технологический институт)
Также уже ведутся серьезные исследования по 4D-печати полимерных материалов для регенерации тканей и органов или даже реконструкции костей. Возможности безграничны, а эксперименты могут пойти гораздо дальше. Представьте себе все, что интеллектуальные материалы и 4D-печать могут обеспечить для ограждающих конструкций зданий, адаптирующихся к климату и реагирующих на самые разнообразные стимулы. Несмотря на то, что технология все еще находится в зачаточном состоянии и сосредоточена в нескольких технологических лабораториях по всему миру, похоже, у нее многообещающее будущее. Когда мы стремимся понять природу и подражать ей, а не овладеть ею, результаты часто впечатляют. Если история показывает, что выживает не сильнейший, а тот, кто лучше всего адаптируется к изменениям, то 4D-печать с использованием интеллектуальных материалов, похоже, заслуживает внимания.
Примечание. Эта статья была первоначально опубликована 29 августа 2021 г.
Эта статья является частью темы : Новые практики, с гордостью представленной PERI. Отдел будущих продуктов и технологий компании PERI исследует прорывные технологии, которые могут фундаментально изменить строительную отрасль. Цель состоит в том, чтобы распознать признаки будущего и помочь сформировать это будущее. Таким образом, благодаря методическому подходу PERI расширяет свою основную компетенцию и выступает в качестве явного пионера на рынке. Узнайте больше о наших ежемесячных темах. Как всегда, в мы приветствуем вклад наших читателей; Если вы хотите представить статью или проект, свяжитесь с нами.
