Nendel päevadel näib 3D-printimine olevat enamiku uute uurimistööde keskmes, olgu siis tegemist tervete söögikordade printimise viisi või näojoonte taasloomisega patsiendi näo parandamiseks.
Skylar Tibbits soovib aga eelteavet tõsta: ta loodab, et 4D-printimine on lähituleviku asi.
Tema kontseptsiooni nimi, tõdeb Tibbits, oli alguses pisut kergekäeline. Massachusettsi tehnoloogiainstituudis püüdsid Tibbits ja Stratasys ja Autodesk Inc firmade teadlased leida viisi, kuidas kirjeldada 3D-printeritel loodavaid objekte - objekte, mida mitte ainult ei saaks printida, vaid tänu geomeetrilisele koodile, võiksid ka hiljem kuju muuta ja iseseisvalt ümber kujundada.
Nimi takerdus ja nüüd nende välja töötatud protsess - mis muudab koodi "nutikateks objektideks", mis saavad oma keskkonna muutumisega silmitsi seistes ise kokku panna või kuju muuta - võib väga hästi ilmneda paljudes tööstusharudes, alates ehitusest kuni sportlik kandmine.
"Tavaliselt trükime asju ja arvame, et need on valmis, " ütleb Tibbits. “See on viimane väljund ja siis me paneme need kokku. Kuid me tahame, et nad saaksid aja jooksul kuju muuta ja kuju muuta. Ja me tahame, et nad ise kokku paneksid. ”
MIT-i teadur Tibbits sai eelmisel aastal ettevalmistuse nn ülikooli eneseassamblee labori loomiseks. Väljakutse oli näha, kuidas nutikad teadlased saaksid objekti teha ilma sensoritele või kiipidele tuginemata; kui sujuvalt suudaksid nad ilma juhtmeteta või mootoriteta midagi teha.
Nagu õnne oleks, kui Tibbits jagas seda dilemmat tuttavatega juhtivas 3D-printimisettevõttes Stratasys, ütlesid nad talle, et ettevõte on välja töötanud trükimaterjali, mis vette pannes laieneb 150 protsenti. See kõlas paljulubavalt. Kuid tegelik küsimus oli, kuidas tuua sellesse muundumisse täpsust, et objekt saaks lahti puhkeda, kõverduda ja moodustada konkreetseid nurki, selle asemel et lihtsalt üles puhuda nagu ülespuhutud käsn.
Tiibbittide vastus: Geomeetria.
3D-printeriga ühendab operaator objekti virtuaalse kavandi, mida printer kasutab lõpptoote kihtide kaupa ehitamiseks. Millegi "4D" tegemiseks toidab Tibbits printerile täpset geomeetrilist koodi, mis põhineb objekti enda nurkadel ja mõõtmetel, aga ka mõõtmistel, mis dikteerivad, kuidas see peaks kuju muutma, kui seista silmitsi väliste jõududega, nagu vesi, liikumine või temperatuurimuutus. .
Lühidalt, kood seab suuna, kordade arvu ja nurgad, mille jooksul materjal võib painduda ja kõverduda. Kui see objekt seisab silmitsi keskkonna muutumisega, saab seda ergutada kuju muutma. Näiteks torud võiksid vee liikumiseks olla programmeeritud laienema või kahanema; tellised võiksid nihkuda, et mahutada antud seinale enam-vähem stress.
Tibbits demonstreeris eelmisel aastal TED-i vestlusel 4D-printimise kontseptsiooni, mille käigus ta näitas, kuidas saaks ühe trükitud materjali suund programmeerida voltima iseseisvalt sõnaks “MIT”.
(Vaata selle demo videot allpool)
Tulevaste asjade kujud
Nimiväärtuses on see kontseptsioon väga lahe. Kuid millal võib oodata sedalaadi muutuste ilmnemist pärismaailmas?
Mõnel juhul nad juba toimuvad. Tibbits juhib tähelepanu sellele, et nanotehnoloogias on teadlased suutnud füüsikalisi ja bioloogilisi materjale programmeerida nende kuju ja omaduste muutmiseks - näiteks kasutades DNA-d nanorobotite isekomplekteerimiseks.
Ta möönab, et see juhtub inimlikul tasandil, palju keerukam, eriti traditsioonilisemates tööstusharudes, näiteks ehituses. Kuid Tibbits väidab, et vähemalt üks ettevõte on huvitatud sellest, kuidas 4D programmeerimist infrastruktuuris rakendada. Tema sõnul on isekomplektsete materjalide kasutamisel potentsiaal katastroofipiirkondades või ekstreemsetes keskkondades, kus tavapärane ehitus pole teostatav või liiga kallis. Näiteks näeb ta tulevikku nn kosmose kohanemisinfrastruktuurina.
Tibbits väidab, et tema labor teeb tihedat koostööd mitmete tööstuspartneritega, kuidas nad saaksid 4D kontseptsiooni oma ettevõttesse integreerida. Mis puudutab toodete riiulitel muutmist, siis Tibbits näeb ette uuendusi mööbli või spordirõivaste osas. Ta pakub näiteid tossudest, mis võivad kuju ja funktsiooni muuta vastavalt nende kasutamisele.
"Kui ma hakkan jooksma, " ütles ta, "peaksid tossudena kohanema jooksujalatsitega. Kui ma mängin korvpalli, siis kohanevad nad rohkem mu pahkluusid toetavaga. Kui käin rohumasinal, peaksid need kasvama klambriteks või muutuma veekindlaks, kui see on vajalik. ei ole nii, nagu kinga mõistaks, et te muidugi mängite korvpalli, kuid see võib öelda, millist energiat või milliseid jõude teie jalg rakendab. See võib surve põhjal muutuda. Või see võib olla nii niiskuse või temperatuuri muutus. “
Mitmemõõtmeline mõtlemine
Siin on mõned muud 3D-ja 4D-printimise hiljutised arengud:
- Armee manöövrid: USA armee on andnud Harvardi ülikoolile, Pittsburghi ülikoolile ja Illinoisi ülikoolile toetuse, et uurida võimalusi, kuidas sõjavägi saaks kasutada ise monteeritavaid objekte, suurendades varjualuste või sildade tekkimise võimalust.
- Ärge lihtsalt öelge, et keegi teie meigist tuligi kohe printerist välja: Harvardi tudeng Grace Choi on loonud 3D-printeri prototüübi nimega "Mink", mille eesmärk on võimaldada kasutajatel valida mis tahes värvitoonid ja siis printida meik sellises toonis.
- Kõik päevases töös: Hiinas kasutas inseneriettevõte 3D-printereid päevas ühe ühekorruselise maja ehitamiseks. 33 jalga laiad ja 22 jalga kõrged printerid kasutasid seinte kihi kaupa ehitamiseks segu tsemendist ja ehitusjäätmetest.
Ja 4D-printimise võimaluste kohta lisateavet leiate sellest videost:
Seda artiklit on värskendatud, et kajastada Stratys ja Autodesk Inc seotust 4D printimise uurimisega.
