Исследователи из и Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (ETH Zurich) открывают новые горизонты в быстро развивающейся сфере 4D-печати. Как было показано в новом исследовании профессоров механической и технологической инженерии Мариуса Вагнера, Тянь Чена и Кристины Ши, полимеры с памятью формы оказались важным катализатором при создании 4D-печатных объектов с улучшенной адаптируемостью и контролем. Согласно публикации авторов в научном журнале 3D Printing and Additive Manufacturing, использование этих специализированных полимеров позволяет печатать предметы с предварительно заданной возможностью изменения площади готового изделия до 200%. Другими словами, такие необыкновенные 4D-печатные объекты могут расширяться в два раза по сравнению с их первоначальным размером, тем самым открывая бесконечные возможности для производства будущего.

4D-принтинг можно представить как более развитую, дополненную форму 3D-печати, в которой 4 измерением является время. Эта в буквальном смысле расширяющаяся технология представляет собой одну из самых ярких инноваций, появившихся в лабораториях по всему миру, и позволяет ученым создавать 3D-печатные объекты, которые изменяются или самособираются с течением времени в заранее определенные структуры. Технология 4D-печати активно используется учёными на этапах исследований и разработок. В отчете Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies 2017 эта инновационная технология была названа мегатрендом на ближайшие 5 лет.

В статье «Large Shape Transforming 4D Auxetic Structures» швейцарская инженерная команда ETH Zurich объясняет, что помимо возможностей расширения и возвращения в прежнюю форму 4D-печатные структуры могут демонстрировать изменения собственного размера до 200%. Оказывается, возможность управления столь сложными геометриями заключается в активации тепла. При 3D-печати с использованием материалов-ауксетиков (которые при растяжении становятся толще в направлении, перпендикулярном приложенной силе) время выступает в качестве четвертого измерения.

«4D-печать может принести существенную пользу в тех сферах деятельности, где изменение конфигурации объектов вручную невозможно, как невозможно и электромеханическое приведение в действие, например, в аэрокосмической и медицинской областях», - объясняют учёные ETH Zurich. - «Кроме того, 4D-структуры имеют преимущество в отношении объема и поддержки».

Исследователи из ETH Zurich уделили пристальное внимание изучению разработок своих предшественников, внесших вклад в развитие 4D-печати. Проанализировав обширный спектр проектов других учёных, команда решила разработать материал, который позволит создавать подвижные структуры. Затем специалисты сосредоточились на программной части своего дизайна, сделав акцент на упрощении процедуры.

Как объяснили швейцарские учёные, метаматериалы-ауксетики являются на самом деле единым материалом, синтезированным из доступных продуктов с помощью бюджетной струйной печати. В данном случае специалисты использовали 3D-принтер Stratasys Objet500 Connex3 для создания метаматериала, который в основном был изготовлен с помощью VeroWhitePlus RGD835 из серии PolyJet Stratasys. Подобное новаторское использование ранее существующих материалов и оборудования также расширяет возможности для изготовления и применения 4D-структур в самых разных сферах деятельности.

Ознакомиться с полным содержанием статьи «Large Shape Transforming 4D Auxetic Structures» можно здесь.

Источник