4D nyomtatás: az adalékanyag-gyártás áthidalása intelligens anyagokkal

Miközben még mindig próbáljuk megérteni a háromdimenziós nyomtatás és az additív gyártás lehetőségeit és korlátait, szókincsünkben új kifejezés jelent meg. 

A 4D nyomtatás nem más, mint egy digitális gyártástechnológia – 3D nyomtatás -, amely egy új dimenziót foglal magában: az időbelit. Ez azt jelenti, hogy a nyomtatott anyag, ha kész, képes lesz önállóan módosítani, átalakítani vagy mozogni a környezeti ingerekre reagáló belső tulajdonságainak köszönhetően.

A koncepciót Skylar Tibbits kutató népszerűsítette, aki a Massachusetts Institute of Technology (MIT) Self-Assembly Lab-ját koordinálja a Stratasys és az Autodesk együttműködésével. A technológia még meglehetősen új, de várhatóan számos területen fogják alkalmazni, az építőipartól, az infrastruktúrától, az autóipartól és a repüléstől, sőt még az egészségügyben is, bionyomtatással kombinálva.

A 4D nyomtatás közvetlenül az objektum létrehozásához használt anyagoktól függ. Az úgynevezett intelligens anyagok, amint azt Ploszajski Anna kutató bemutatta előadásában, olyan szilárd anyagok, amelyeknek van olyan tulajdonságuk – alakjuk, méretük vagy színük -, amely külső ingerekre, például hőre, fényre, páratartalomra, nyomásra vagy mágnesességre megváltozik. belső anyagtulajdonságai miatt egyszerű. 

Anna szerint: „A mai háromdimenziós anyagi világ olyan passzív, élettelen anyagokból áll, mint a tégla, acél és üveg. A négydimenziós szerkezetek aktív, animált, úgynevezett „okos anyagokból” készülnek, amelyek autonóm módon mozognak – inger hatására duzzadnak, zsugorodnak vagy meghajlanak – passzív anyagokkal kombinálva. Ez lehetővé teszi számukra, hogy robotika, elektronika vagy motorok nélkül mozogjanak és változtassák alakjukat.”

Példaként említi a fenyőtobozt, mint természetes intelligens anyagot. Működése két különböző irányban futó merev rostrétegen keresztül történik, lehetővé téve a toboz nyitását vagy zárását, így a magvak csak akkor szabadulnak fel, amikor a talajban (meleg és száraz) csírázásra kedvező az idő. Ha magas a páratartalom, a toboz zárva marad, védve a magokat. Ez az egyik példa arra, hogy a természet összetett alkalmazkodóképességi, rugalmassági és hatékonysági folyamatainak megértése és megismétlése motiválja az anyagmérnököket. Ez egyben a biomimikri hajtóereje is, amelyben a 4D nyomtatás sok olyan ötletet valósíthat meg, amelyeket a technológia még nem ért el.

A 4D nyomtatás fő célja, hogy programozható legyen az anyag, a környezeti paraméterek szerint reagálva. De mire használható ez? Ebben a beszédben Skylar Tibbits néhány folyamatban lévő kísérletet mutat be, amelyekben a tárgyak, ha valamilyen módon melegítik vagy stimulálják, meghajlanak, és más háromdimenziós térfogatot vesznek fel. A kutató megemlíti a 4D nyomtatás különféle egyéb lehetőségeit is, például az infrastruktúra területén: például egy vízelvezető cső, amely a víz áramlásával összehúzódhat vagy kitágulhat; vagy olyan csatornarendszer, amely a bél perisztaltikus mozgásaihoz hasonló összehúzódásokon és ellazulásokon keresztül képes elszállítani a hulladékot, ami le tudja győzni a terep lejtőit.

A jövőbeni alkalmazások az építőiparban és a gyártásban vagy a fejlett anyagok iparában jelenhetnek meg, ahol az alkatrészek emberi beavatkozás nélkül önmaguktól átalakulhatnak nyersanyagból végleges beépített szerkezetekké. Ez valóban gyökeres változást jelent a szerkezetekkel kapcsolatos felfogásunkban, amelyek eddig statikusak és merevek maradtak (repülőgép, autóipar, építőipar stb.), és hamarosan dinamikusak, adaptálhatóak és igény szerinti teljesítményre hangolhatók lesznek. . A többanyagos technológiával továbbfejlesztett 4D nyomtatás valószínűleg forradalmasíthatja azon képességünket, hogy irányítsuk és precízen programozzuk az anyagokat az ötleteléstől az alakváltoztató átalakítások nyomtatásáig.

Komoly kutatások folynak már a polimer anyagok 4D-nyomtatásával kapcsolatban is, szövetek és szervek regenerációjára, vagy akár csontrekonstrukcióra. A lehetőségek végtelenek, és a kísérletezés sokkal tovább is mehet. Képzeljen el mindent, amit az intelligens anyagok és a 4D nyomtatás nyújthat az épületburkolatokhoz, az éghajlathoz való alkalmazkodáshoz és a legkülönfélébb ingerekre való reagáláshoz. Annak ellenére, hogy a technológia még gyerekcipőben jár, és a világ néhány műszaki laboratóriumában koncentrálódik, úgy tűnik, ígéretes jövő előtt áll. Amikor a természet megértésére és utánzására törekszünk, nem pedig elsajátítására, az eredmények gyakran lenyűgözőek. Ha a történelem azt mutatja, hogy nem a legerősebb marad életben, hanem az, amelyik a legjobban alkalmazkodik a változásokhoz, akkor az intelligens anyagokkal történő 4D nyomtatást megfontolandónak tűnik.

Forrás: www.dezeen.com