4D-печать становится все более доступной

0

На дворе XXI век, и понятие «3D» прочно вошло в нашу повседневную жизнь. В первую очередь, в наших головах это ассоциируется с кино и анимацией, видеоиграми и фотографиями. Но едва ли сейчас найдётся человек, который хотя бы раз в жизни не слышал о такой вещи, как 3D-печать.

Если коротко — то это построение реального объекта по созданному на компьютере образцу 3D модели. Затем цифровая трёхмерная модель выводится на печать, и 3D принтер формирует реальное изделие.

Сам процесс печати – это ряд повторяющихся циклов, связанных с созданием трёхмерных моделей, нанесением на рабочий стол (элеватор) принтера слоя расходных материалов, перемещением рабочего стола вниз на уровень готового слоя и удалением с поверхности стола отходов.

Циклы непрерывно следуют один за другим: на первый слой материала наносится следующий, элеватор снова опускается и так до тех пор, пока на рабочем столе не окажется готовое изделие.

Трехмерная печать, еще недавно казавшаяся изобретением для избранных, за последние несколько лет не только стала гораздо более доступной для массового потребителя, но и доказала свою практическую пользу. С помощь этой технологии производятся недорогие протезы, разнообразные запчасти, а на Международной космической станции уже начали печатать инструменты, которые в дальнейшем помогут сэкономить на доставке с Земли. Первым подобным предметом, созданным в невесомости, стал гаечный ключ. Довольно скромно, однако с чего-то ведь нужно начинать.

Четыре-дэ?

Но вы почти наверняка мало что слышали о 4D печати.

Технологии 4D-принтера трудно назвать революционными по сравнению с обычной 3D-печатью — объект точно так же создаётся слой за слоем. Самое интересное происходит потом, когда готовый предмет начинает меняться. И здесь всё зависит от того, какой материал используется в принтере. Специальные материалы изменяются под воздействием воды, тепла, света, механического воздействия, а также могут быть запрограммированы на определенные действия.

И все бы хорошо, но 4D печать остается крайне сложной задачей, отчасти потому, что требуется сложная и трудоемкая процедура предварительной обработки материалов. Кроме того, многие коммерческие принтеры могут печатать 4D-объекты, состоящие только из одного материала.

Команда исследователей из Технологического института Джорджии и Сингапурского университета технологии и дизайна разработала новый многофункциональный 4D принтер, который может значительно упростить создание таких самосборных структур.

«Мы находимся на пороге создания устройств нового поколения, которые могут значительно расширить практическое применение для 3D и 4D-печати», — рассказал доктор Х. Джерри Ци из Технологического института Джорджии.

«Наш принтер-прототип включает в себя множество функций, которые упрощают и ускоряют процессы, используемые в традиционной 3D-печати».

«В результате мы можем использовать различные материалы для одновременного создания жестких и мягких компонентов, включать электропроводящие элементы непосредственно в изменяющие форму структуры. В конечном итоге мы создадим основу для целого ряда 4D-продуктов, которые могут придать нашему миру новую форму.»

Новый принтер

В прошлом году доктор Ци и его соавторы, используя коммерческий принтер и источник тепла, изготовили из акрилового композита и эпоксидной смолы разные 4D-объекты, такие как цветок, который может закрывать свои лепестки или звезду, которая превращается в купол. Эти объекты изменяли свою форму на 90% быстрее, чем было возможно ранее, потому что ученые включили трудоемкие процессы механического программирования непосредственно в процедуру 3D-печати.

Основываясь на этой работе, команда стремится разработать универсальный принтер для решения этой и других проблем 4D-печати и приблизить технологию к практическому применению.

Устройство, которое в конечном итоге разработали исследователи, объединяет четыре различные технологии печати — аэрозольную, струйную, робокастинг и моделирование методом наплавления. Разработанный принтер может работать со множеством твердых и эластичных материалов, включая гидрогели, проводящие чернила на основе наночастиц серебра, жидкокристаллические эластомеры и полимеры с памятью формы.

Полимеры с памятью формы, которые являются наиболее распространенным материалом, используемым в 4D-печати, могут быть запрограммированы на «запоминание» определенной формы и последующую трансформацию в эту форму при нагревании.

Благодаря новой технологии, ученые могут использовать более качественные полимеры, и печатать объекты с более сложными изменениями формы, чем в прошлом, открывая новые возможности для функциональных 4D-приложений и дизайнов.

Кроме того, принтер умеет проецировать ряд белых, серых или черных оттенков света для формирования и закрепления компонента в определенной форме.

Такая цветовая разметка запускает реакцию сшивания — образование поперечных химических связей между молекулами с образованием пространственной сетки, — которая позволяет изменять поведение компонента, в зависимости от оттенков серого. Так, например, яркий свет создает более жесткую часть, в то время как более темный создает мягкую часть. В результате такие компоненты могут изгибаться или растягиваться иначе, чем другие части печатаемого объекта.

Принтер может даже создавать электрическую проводку, которая может быть напечатана непосредственно в антенне, датчике или другом печатаемом электрическом устройстве.

Этот процесс основан на методе послойной печати объекта путём выдавливания «чернил» с наночастицами серебра через формующее отверстие головки 3D-принтера, который называется робокастинг. Отвердитель высушивает и сращивает вместе наночастицы, образуя токопроводящую область. Затем принтер создает пластиковое покрытие, которое закрывает провод.

Про материалам Sci-News

Поделиться.

Комментарии закрыты