Технология 4d-печати поможет создавать умные материалы

Исследователи добавили четвертое измерение к технологии печати, открывая тем самым удивительные возможности для создания и использования адаптивных композитных материалов в производстве, упаковке и биомедицине.

Группа ученых во главе с доцентом Джерри Ци из Колорадского университета в Болдере и Мартином Данном из Сингапурского университета технологии и дизайна разработала и протестировала метод 4d-печати. Исследователи внедрили полимерные волокна с памятью формы в композитные материалы, используемые в традиционной 3d-печати. Это позволило изготовить объект, способный спустя некоторое время изменить свою форму.

«В процессе начальная конфигурация создается методом трехмерной печати, а запрограммированное в волокнах с памятью формы действие формирует зависимость конфигурации от времени — четырехмерный аспект», отметил Данн.

Концепция 4d-печати, которая позволяет материалам самостоятельно собираться в трехмерные структуры, первоначально была предложена Скайларом Тиббитсом из Массачусетского технологического института. Тиббитс с коллегами объединили пластиковую нить со слоем умного материала, который способен самостоятельно собираться в воде.

«Мы пошли дальше и сформировали композиты, которые могут менять форму на несколько разных сложных форм, основываясь на разном физическом механизме», сказал Данн. „Секрет использования полимерных волокон с памятью формы для производства желаемых изменений формы композитного материала заключается в том, как разработана архитектура волокон, включая их местоположение, ориентацию и другие факторы“.

Результаты ученых опубликованы в издании Applied Physics Letters.

«Примечательно то, что формы закладываются еще на стадии проектирования, но еще несколько лет назад данная особенность была недостижимой», сказал Ци.

Ученые продемонстрировали, что ориентация и положение волокон в пределах композита определяют степень эффектов памяти формы, таких как сворачивание, завивание, растяжение или скручивание. Также ученые продемонстрировали способность управлять этими эффектами за счет нагрева или охлаждения композитного материала.

Технология обещает захватывающие новые возможности для множества применений. По словам Ци, солнечная панель или подобный продукт могут производиться в плоской форме, которую легко устанавливать и монтировать. Для переноски и упаковки панель могла бы изменять форму на более компактную. После прибытия к месту назначения продукт можно активировать, чтобы запустить другую форму, которая оптимальна для функционирования.

Новая технология, как ожидают исследователи, поможет основать новый подход к созданию обратимых или настраиваемых трехмерных поверхностей и твердых тел, таких как композитные обшивки разных форм, используемые в автомобилях, самолетах и антеннах.

23.10.2013