4D nyomtatás: adalékgyártás intelligens anyagokkal – VIDEÓ

Még mindig próbáljuk megérteni a háromdimenziós nyomtatás és az adalékanyagok gyártásának lehetőségeit és korlátait, az szinte új kifejezés jelent meg a szókincsünkben, de már a 4D nyomtatásról diskurálunk. A 4D nyomtatás nem más, mint egy digitális gyártási technológia, amely új dimenziót tartalmaz: időbelit. Ez azt jelenti, hogy a nyomtatott anyag, amint elkészült, képes lesz a környezeti ingerekre reagáló belső tulajdonságai miatt módosulni, átalakulni vagy önállóan mozogni.

A koncepciót Skylar Tibbits kutató népszerűsítette, aki a Massachusetts Institute of Technology (MIT) önszerelési laborját koordinálja a Stratasys és az Autodesk együttműködésével. A technológia még meglehetősen új, de várhatóan számos területen fogják alkalmazni, az építőiparban, az infrastruktúrában, az autóiparban és a repülésben, sőt az egészségügyben is, a bioprinteléssel kombinálva.

4D nyomtatás közvetlenül az objektum létrehozásához használt anyagoktól függ. Az úgynevezett intelligens anyagok, amint azt Anna Ploszajski kutató bemutatja előadásában, olyan szilárd anyagok, amelyek olyan tulajdonsággal rendelkeznek – alakjuk, méreteik vagy színük -, amelyek külső ingerek hatására megváltoznak, például hő, fény, páratartalom, nyomás vagy mágnesesség, egyszerű az anyag belső tulajdonságai miatt.

Anna szerint: „A mai háromdimenziós anyagvilág passzív, élettelen anyagokból készült, mint például tégla, acél és üveg. A négydimenziós szerkezetek aktív, animált, úgynevezett „intelligens anyagokból” készülnek majd, amelyek önállóan mozognak-duzzadnak, zsugorodnak vagy hajolnak az inger hatására-passzív anyagokkal kombinálva. Ez lehetővé teszi számukra a robotika, az elektronika és a motorok nélküli mozgást és alakváltoztatást.”

A fenyőtoboz mint természetes intelligens anyag példáját idézi. Működése két, különböző irányban futó merev szálrétegen keresztül történik, amelyek lehetővé teszik a kúp kinyitását vagy zárását, így a magok csak akkor szabadulnak fel, amikor a talajban csírázniuk kell, forró és száraz időjárás esetén. Ha a páratartalom magas, a kúp zárva marad, megvédve a magokat. Ez az egyik példa, ami motiválja az anyagmérnököket az, hogy a természet összetett alkalmazkodási, rugalmassági és hatékonysági folyamatainak megértésére törekedjenek. Ez a hajtóereje a biomimikriának is, amelyben a 4D nyomtatás számos olyan ötletet valósíthat meg, amelyeket a jelenlegi technológia még nem ért el.

A 4D nyomtatás fő célja, hogy képes legyen programozni magát az anyagot, és így reagálni a környezeti paraméterekre. De mire lehet ezt használni? Skylar Tibbits néhány folyamatban lévő kísérletet is bemutat a videóban, amelyek során a tárgyak hevítve vagy valamilyen módon stimulálva más háromdimenziós térfogatokat öltenek. A kutató megemlíti a 4D nyomtatás különféle egyéb lehetőségeit is, például az infrastruktúra területén: például egy vízelvezető cső, amely összehúzódhat vagy kitágulhat a víz áramlásával; vagy olyan csatornarendszer, amely a bél perisztaltikus mozgásaihoz hasonló összehúzódásokon és ellazulásokon keresztül képes elszállítani a hulladékot, és amely le tudja győzni a terep lejtőit.

A jövőbeli alkalmazások az építőiparban és a gyártásban vagy a fejlett anyagiparban láthatók, ahol az alkatrészek emberi beavatkozás nélkül önállóan átalakulhatnak a nyersanyagokból a végleges beépített szerkezetekké. Ez valóban radikális változás a szerkezetek megértésében, amelyek eddig is statikusak és merevek maradtak. Ezek hamarosan dinamikussá, alkalmazkodóvá és az igény szerinti teljesítményre hangolhatókká válnak. A többanyagos technológiával továbbfejlesztett 4D nyomtatás forradalmasíthatja képességünket az anyagok vezérlésére és pontos programozására, az ötlet-koncepciótól az alakváltó átalakítások nyomtatásáig.

Komoly kutatások folynak már a polimer anyagok 4D nyomtatásával kapcsolatban is, szövetek és szervek regenerálására, vagy akár csontrekonstrukcióra. A lehetőségek végtelenek, és a kísérletezés sokkal messzebbre vihet minket, mint gondoljuk. Az építészetben az intelligens anyagok és a 4D nyomtatás például olyan épületburkolatokat eredményezhet, melyek alkalmazkodni képesek az éghajlat változásához, reagálva a legkülönfélébb ingerekre. Annak ellenére, hogy a technológia még nagyon gyerekcipőben jár, és világszerte csupán néhány technológiai laboratóriumban koncentrálódik, úgy tűnik, ígéretes jövője van. Ha inkább a természet megértésére és utánozására törekszünk, mintsem annak kisajátítására, az eredmények lenyűgözőek lehetnek. Ha a történelem azt mutatja, hogy nem a legerősebb marad életben, hanem az, amelyik a legjobban alkalmazkodik a változásokhoz, az intelligens anyagokkal készült 4D -s nyomtatás mérlegelni valónak tűnik.

Forrás: www.archdaily.com