4D-печать: материалы с «памятью», которые собираются сами (+ видео)

Тем не менее, группа ученых из Технологического университета Джорджии и Сингапурского университета технологий и дизайна разработала новый процесс 4D-печати, с помощью которого можно создавать сложные самостоятельно складывающие структуры, нуждающиеся только в одном типе стимулирующего воздействия. Инновационные детали были получены в результате сочетания нескольких «умных» материалов, каждый из которых по-разному реагировал на воздействие тепла. Материалы были совмещены таким образом, что при воздействии одного источника тепла части объекта двигались и он самостоятельно собирался, а детали при этом не мешали друг другу.

«Предыдущие исследования в этой сфере концентрировались на попытках поместить несколько источников тепла таким образом, чтобы они включались в разное время и воздействовали на определенные участки объекта. При таком подходе необходимо контролировать воздействие тепла как во времени, так и в пространстве, а это непростая задача. Мы подошли с другой стороны, использовав единый источник тепла, но при этом применив материалы, которые по-разному на него реагируют за счет своего молекулярного строения», – объясняет профессор Джерри Ки из Школы инженерной механики имени Джорджа Вудрафа при Технологическом университете Джорджии.

Исследователи представили видеоролик, в котором можно наблюдать, как плоский объект помещают в теплую воду, где он превращается в закрытую кубическую коробку.

Эта технология могла бы позволить разработать продукты, которые можно производить традиционным или аддитивным способом в виде плоского листа и поставлять в тубусах. При этом для сборки нужно было бы применить единый стимулирующий источник, под воздействием которого плоский объект начал бы двигаться таким образом, чтобы образовать совершенно новые заранее запрограммированные трехмерные конструкции. Такую концепцию можно применить в самых разных областях, включая самоустанавливающиеся укрытия, медицинское снаряжение, такое как гипс и шины, простых роботов и интерактивные игрушки. Команда ученых даже предположила, что технологию можно использовать для таких сложных устройств, как беспилотные летательные аппараты. Они могли бы сохранять определенную форму для полета на одной высоте, а затем менять форму для снижения или приземления.

Предметы, которые исследователи изготовили для испытаний, были созданы из «умных» полимеров, запоминающих свою форму. Материалы были запрограммированы на молекулярном уровне на то, чтобы удерживать определенную структуру до воздействия тепла – при котором они автоматически должны были принять другую форму. В данном случае, ученые смогли напечатать несколько материалов одновременно на 3D-принтере, добившись сложной последовательности контролируемой самостоятельной сборки предмета. Этот процесс оказался возможным благодаря тому, что каждый материал с разной скоростью реагирует на воздействие теплой воды. За счет сочетания разных материалов куб собирается самостоятельно, а пересекающиеся компоненты не сталкиваются друг с другом.