Элементы – наука
Четвертое измерение
Бутон цветка опускается в теплую воду — и раскрывается. Это не чудо природы, а демонстрация нового изобретения исследователей из Технологического института Джорджии и их коллег из Сингапура и Китая. В апреле 2017-го ученые представили методику 4D-печати. Технология добавляет к привычному 3D-моделированию четвертое «измерение»
Теория
4D-печать основана на эффекте памяти формы, когда искусственно деформированный материал при нагреве восстанавливает исходный вид, например распрямляется изогнутая металлическая проволока. В данном случае для ученых «умным» материалом послужила смесь из «жесткого» полимера и «мягкого» эластомера, следует из публикации об изобретении в журнале Science Advances. Полоски из слоев печатаются на 3D-принтере Objet Connex, затем соединяются в единую конструкцию и опускаются в нагретую до 45°С воду.
Под воздействием тепла «жесткий» компонент «позволяет» эластичному приобрести заданную разработчиками форму, а после окончания процесса воздействия «фиксирует» измененную форму предмета. Процедура занимает от нескольких секунд до нескольких минут. Для сравнения: гидрогель, который использовали в большинстве предыдущих экспериментов с 4D-печатью, проходит процедуру трансформации за несколько часов.
Практика
4D-печать развивается с 2013 года, однако впервые ученым удалось убрать из производственной цепочки процесс закалки образцов и сразу создавать предметы, пригодные для практического применения. Это позволит экономить до 90% времени и материалов, а также расширить сферу применения технологии — к примеру, оперативно печатать стенты для кардиологических операций, биомедицинские устройства, трансформирующуюся мебель или детали для «мягких» роботов. Помимо созданного на основе 4D цветка исследователи обнародовали ролики, на которых технология превращает напечатанную на принтере звезду в купол и «сжимает» решетки.
Конкуренция
Менее чем через неделю после публикации материала в Science Advances свою 4D-разработку представило NASA. С помощью инновационной технологии агентство напечатало «умную» композитную ткань: материал со временем может изменять и функции, и форму. С одной стороны ткань отражает свет, с другой — поглощает его, что удобно для регулирования потоков тепла. Материал можно будет использовать для производства «гибких» скафандров и антенн и строительства инфраструктурных объектов в космосе и даже на других планетах, надеются инженеры NASA. По их замыслу, астронавты сами будут определять необходимое им количество ткани и тут же печатать ее, чтобы использовать для конкретных целей.