24.12.2019

4D печать или Производство в четвертом измерении

     Аддитивное производство, такое как 3D и 4D печать, оказалось одним из самых разрушительных инноваций в современной промышленности. Независимо от того, используются ли они для создания прототипов или производства 3D-печать, полностью видоизменила способы проектирования, разработки и производства изделий и деталей производителями.

   Процесс 3D-печати используется во многих отраслях промышленности, в том числе в авиакосмической, автомобильной, медицинской и прочих. Тем не менее, в последние годы исследователи разработали способы сделать эту инновационную технологию еще более сложной - подключившись к четвертому измерению. В то время как четвертое измерение остается загадочной, почти мистической концепцией, о которой физики, инженеры и математики годами теоретизировали, при работе с аддитивным производством оно просто относится к включению элементов времени и движения в дополнение к стандартным измерениям длина, ширина и глубина. Проще говоря, 4D-напечатанный объект со временем трансформируется. После печати объект может самостоятельно собраться или полностью изменить свою форму.

    Как и 3D-печать, в 4D-печати используется послойный стереолитографический метод для преобразования цифровых проектов в полностью реализованные физические объекты. Основное различие между этими двумя процессами заключается в использовании в процессе печати 4D специализированных материалов, которые можно «запрограммировать» на определенное поведение. Эти материалы разработаны для реагирования на определенные раздражители, такие как погружение в воду, тепло или электричество. Затем, после воздействия указанных раздражителей, объект искажается и складывается в свою окончательную форму. 4D печать возможна благодаря использованию специальных материалов. При разработке программируемых дизайнов для динамического объекта многие лаборатории 4D-печати сосредотачивают свои усилия главным образом на разработке современных «умных» материалов, которые предназначены для реагирования на внешние раздражители. Как правило, эти материалы представляют собой гидрогели, полимеры с памятью формы (SMP) или целлюлозные композиты.

     Концепция 4D-печати начала набирать силу в 2013 году, ее основоположником стал Скайлар Тиббитс.  Тиббитс, известный как пионер 4D-печати, обсудил концепцию самосборки, в которой «неупорядоченные детали создают упорядоченную структуру только посредством локального взаимодействия». С тех пор Тиббитс и его команда экспериментируют с самосборкой и программируемыми материалами в своей исследовательской лаборатории на базе MIT, где они используют принципы 4D-печати и другие методы самосборки для разработки передовых концепций, таких как умный текстиль, трансформируемая архитектура и даже самосборные мобильные телефоны.

     Поскольку использование интеллектуальных материалов становится все более распространенным, 4D-печать может в конечном итоге стать стандартной технологией производства. Хотя технология находится в зачаточном состоянии, у лидеров отрасли уже есть много интересных идей для потенциальных приложений. Поскольку метод продолжает набирать обороты, профессионалы во всех типах отраслей будут следить за его прогрессом и развитием.