V dnešní době se zdá, že 3D tisk je jádrem většiny nových nových výzkumných aktivit, ať už se jedná o vývoj způsobů tisku celého jídla nebo obnovení obličejových funkcí k opravě obličeje pacienta.
Ale Skylar Tibbits chce zvednout ante: Doufá, že 4D tisk bude věcí ne tak daleko budoucnosti.
Název pro jeho pojetí, připouští Tibbits, byl zpočátku trochu bezstarostný. Na technologickém institutu v Massachusetts se Tibbits a vědci z firem Stratasys a Autodesk Inc snažili vymyslet způsob, jak popsat objekty, které vytvářeli na 3D tiskárnách - objekty, které nejenže bylo možné vytisknout, ale díky geometrickému kódu, mohli také později změnit tvar a transformovat sami.
Název uvízl a nyní proces, který vyvinuli - který mění kód na "inteligentní objekty", které se mohou při sestavení nebo změně tvaru změnit, když se potýkají se změnou svého prostředí - se může velmi dobře objevit v řadě průmyslových odvětví, od stavebnictví po sportovní oblečení.
"Normálně tiskneme věci a myslíme si, že jsou hotové, " říká Tibbits. "To je konečný výstup a pak je sestavíme." Chceme však, aby dokázali transformovat a měnit tvar v průběhu času. A chceme, aby se shromáždili. “
Tibbits, vědec z MIT, byl minulý rok obeznámen s cílem vytvořit tzv. Laboratorní laboratoř Self-Assembly. Výzvou bylo zjistit, jak by inteligentní vědci mohli vytvořit objekt, aniž by se spoléhali na senzory nebo čipy; jak tekuté by mohli něco vyrobit bez vodičů nebo motorů.
Jako štěstí by to bylo, když Tibbits sdílel toto dilema se známými ve společnosti Stratasys, přední 3D tiskové firmě, řekli mu, že společnost vyvinula tiskový materiál, který se po umístění do vody rozšiřuje o 150 procent. Znělo to slibně. Skutečnou otázkou však bylo, jak do této transformace přenést přesnost, aby se objekt mohl rozvinout, stočit a vytvořit specifické úhly místo toho, aby se jen nafoukl jako nafouklá houba.
Tibbitsova odpověď: Geometrie.
U 3D tiskárny se operátor připojí k virtuálnímu plánu pro objekt, který tiskárna používá k vytváření konečné vrstvy produktu po vrstvě. Abychom však vytvořili něco „4D“, Tibbits dodá tiskárně přesný geometrický kód založený na vlastních úhlech a rozměrech objektu, ale také na měřeních, která diktují, jak má změnit tvar, když čelí vnějším silám, jako je voda, pohyb nebo změna teploty. .
Stručně řečeno, kód stanoví směr, počet opakování a úhly, ve kterých se materiál může ohýbat a krčit. Pokud je tento objekt konfrontován se změnou prostředí, může být stimulován ke změně tvaru. Potrubí by například mohlo být naprogramováno tak, aby se roztahovalo nebo zmenšovalo, aby napomáhalo pohybu vody; cihly by se mohly posunout tak, aby vyhovovaly víceméně stresu na dané zdi.
Tibbits předvedl koncept 4D tisku na přednášce TED v loňském roce, během něhož ukázal, jak může být naprogramován jediný pramen tištěného materiálu tak, aby se sám skládal do slova „MIT“.
(Podívejte se na video s ukázkou níže)
Tvary věcí, které přijdou
V nominální hodnotě je to koncept, který je velmi cool. Kdy ale můžeme očekávat, že tyto transformace uvidíme v reálném světě?
V některých případech se již dějí. Tibbits zdůrazňuje, že v nanotechnologiích byli vědci schopni naprogramovat fyzikální a biologické materiály tak, aby změnili své tvary a vlastnosti - například pomocí DNA k samoskladání nanorobotů.
Přiznání, že se to stane v lidském měřítku, je mnohem náročnější, zejména v tradičních průmyslových odvětvích, jako je stavebnictví. Ale Tibbits říká, že alespoň jedna společnost má zájem, vidí, jak lze 4D programování aplikovat na infrastrukturu. Podle jeho slov má potenciál použití samo-kompletujících se materiálů v katastrofických oblastech nebo v extrémních prostředích, kde konvenční konstrukce není proveditelná nebo příliš drahá. Například vidí budoucnost toho, čemu říká „adaptivní infrastruktura“ ve vesmíru.
Tibbits říká, že jeho laboratoř úzce spolupracuje s řadou průmyslových partnerů na způsobech, jak by mohli začlenit koncept 4D do svého podnikání. Pokud jde o to, kde bychom mohli vidět transformaci produktů na regálech, Tibbits předpokládá inovaci v nábytku nebo sportovním oblečení. Nabízí příklad tenisek, které by mohly změnit tvar a funkci v reakci na to, jak jsou používány.
"Pokud začnu běhat, " řekl, "[tenisky] by se měly přizpůsobit běžeckým botám. Když budu hrát basketbal, přizpůsobí se, aby podporovaly své kotníky více. Když jdu na trávě, měli by pěstovat kopačky nebo se stát vodotěsnými, pokud je to není to jako by bota pochopila, že hrajete basketbal, samozřejmě, ale umí říct, jaký druh energie nebo jaký druh sil působí vaše noha. Může se transformovat na základě tlaku. Nebo to může být vlhkost nebo změna teploty. “
Vícerozměrné myšlení
Zde je několik dalších nedávných vývojů v 3D a 4D tisku:
- Armádní manévry: Americká armáda udělila grant Harvardské univerzitě, Pittsburghské univerzitě a University of Illinois, aby prozkoumala způsoby, jak by armáda mohla používat objekty, které se samy sestavují, čímž se zvyšuje možnost přístřeší nebo mostů, které pramení do tvaru.
- Jen nikomu neříkejte, že váš make-up vyšel hned z tiskárny: Harvardský student Grace Choi vytvořil prototyp pro 3D tiskárnu s názvem "Mink", který je navržen tak, aby uživatelům umožnil vybrat si jakoukoli barvu, kterou si lze představit, a pak v tomto odstínu skutečně vytisknout make-up.
- Vše za jeden den: V Číně inženýrská společnost pomocí 3D tiskáren stavěla 10 jednoposchoďových domů za den. Tiskárny, které byly široké 33 stop a vysoké 22 stop, používaly směs cementu a stavebního odpadu k vytváření stěn vrstvu po vrstvě.
A pro více informací o potenciálu 4D tisku, podívejte se na toto video:
Tento článek byl aktualizován, aby odrážel zapojení Stratys a Autodesk Inc do výzkumu tisku 4D.
