Новый 4-D принтер может изменить мир, в котором мы живем

Ученые сообщают, что они разработали новый 4-D принтер, который может упростить создание самосборных конструкций. Их главная особенность в том, что они могут изменять форму после воздействия тепла и других стимулов. Ученые говорят, что эта уникальная технология может ускорить использование 4-D печати в аэрокосмической, медицинской и других отраслях промышленности.

Исследователи представили свои работы на 255-м Национальном собрании и выставке американского химического общества (ACS).

“Мы находимся на пороге создания нового поколения устройств, которые могли бы значительно расширить практические приложения для трехмерной и четырехмерной печати”, – говорит Х. Джерри Ци, доктор философии. “Наш прототип принтера интегрирует много характеристик которые упрощают и ускоряют процессы, используемые в традиционной 3-D печати. В результате, мы можем использовать разнообразные материалы для создания твердых и мягких компонентов. В то же время, мы можем включать проводку сразу в форм-фактор, изменяя структуры, и в конечном счете установить этап для развития 4-D продуктов. Именно они могут внести такие необходимые инновации наш мир.”

4-D технология печати позволяет 3-D напечатанным компонентам менять форму после воздействия на них тепла, света, влажности и других составляющих. Тем не менее, 4-D печать остается сложной задачей, отчасти потому, что она часто требует сложных и трудоемких шагов постобработки, необходимо механически запрограммировать каждый компонент. Кроме того, многие коммерческие принтеры могут печатать только 4-D структуры, состоящие из одного материала.

В прошлом году Ци и его коллеги из Технологического Института Джорджии в сотрудничестве с учеными из Сингапурского университета технологии и дизайна использовали композит из акрила и эпоксидной смолы. Они напечатали на коммерческом принтере несколько интерактивных объектов, которые взаимодействовали с источником тепла. Среди тестовых 4-D объектов были цветок, который может закрывать свои лепестки или звезда, которая превращается в купол. Эти объекты преобразовали форму на 90 процентов быстрее чем предыдущие образцы благодаря тому, что ученые добавили механические шаги программирования сразу в трехмерный процесс печати. Опираясь на эту работу, исследователи стремились разработать универсальный принтер для решения других задач 4-D печати и приблизить технологию к практическому применению.

Принцип работы технологии

Принтер, который они в конечном счете изобрели, совмещает 4 различных метода печати: аэрозоль, струйный принтер, моделирование прямой печати и плавление. Принтер может работать со множеством жестких и эластичных материалов включая гидрогели, серебряные проводные чернила, эластомеры жидкостного кристалла и полимеры, а также SMP. SMP, которые являются наиболее распространенными веществами, применяемыми в 4-D печати, могут быть запрограммированы, чтобы “запоминать” форму, а затем трансформироваться при нагревании. С этой новой технологией, исследователи могут напечатать высококачественную модель, способную принимать более сложные изменения формы чем в прошлом Эта технология раскрывает дверь для множества функциональных применений 4-D печати, в том числе для дизайнеров.

Исследователи могут также использовать принтер для того чтобы запроектировать ряд белых, серых или черных теней света для того чтобы сформировать компонент, создав твердое тело. Это освещение в оттенках серого инициирует реакцию сшивания, которая может изменить поведение компонента в зависимости от градации оттенков серого. Так, например, более яркая светлая тень создает более твердую часть, пока более темная тень производит более мягкую часть. В результате эти компоненты могут сгибаться или растягиваться иначе, чем другие части 4-D структуры вокруг них.

4-D принтер – сфера применения

Принтер может даже создать электрическую проводку, которую можно напечатать сразу на антенну, датчик или другой электрический прибор. Процесс опирается на метод прямой записи чернил для получения линии из наночастиц серебра. Фотонный блок сушит и коалесцирует наночастицы для того чтобы сформировать провод. Затем струйный компонент принтера создает пластиковое покрытие, в которое запаковывается провод.

В настоящее время команда Qi также работает с работниками сферы детского здравоохранения Атланты. Их цель = определить, может ли эта новая технология печатать протезы для детей, рожденных с деформированными руками.

“Процент таких детей достаточно невелик, поэтому в технологии нет большого коммерческого интереса. И большинство типовых условий страхования не покрывает подобные расходы”, – говорит Ци. “Но у этих детей много проблем в повседневной жизни. И мы надеемся, что наш новый 4-D принтер поможет им преодолеть некоторые из этих трудностей.”


Последние новости

Добавить комментарий