4D-печать научилась менять форму после изготовления: чем новая технология отличается от 3D-печати

4D-печать позволяет создавать детали, которые после изготовления самостоятельно меняют форму под воздействием температуры, воды, света, давления или других внешних факторов. В отличие от обычной 3D-печати, результат здесь не остаётся статичным: заранее заданные свойства материала позволяют конструкции сгибаться, раскрываться, сжиматься или превращаться в другую геометрию. Концепцию развивает лаборатория Self-Assembly Lab Массачусетского технологического института под руководством Скайлара Тиббитса.

Принцип основан на сочетании аддитивного производства и материалов, способных реагировать на окружающую среду. Например, разные участки напечатанной детали могут по-разному расширяться или сокращаться при нагреве либо контакте с водой. За счёт этого плоская конструкция способна самостоятельно свернуться в объёмную, а отдельный элемент — изменить направление изгиба или принять заранее рассчитанную форму.

В классической 3D-печати геометрия детали фактически задаётся в момент изготовления и после печати не меняется без механического воздействия. В 4D-печати к пространственным координатам добавляется время: поведение объекта после производства тоже закладывается в его структуру. Современные разработки уже позволяют программировать изменение формы за счёт параметров печати, включая направление укладки материала и скорость его нанесения.

Технологию рассматривают для создания адаптивных труб, медицинских устройств, робототехнических систем, конструкций для космоса и других объектов, которым не нужны отдельные двигатели или сложные механизмы для изменения конфигурации. При этом 4D-печать пока остаётся исследовательским направлением: учёным ещё предстоит решить проблемы точности, долговечности, скорости реакции материалов и стабильности многократных преобразований.

Источник: interestingengineering