Сможет ли 4D-печать заменить 3D-печать?

Проект первого недорогого 3D-принтера RepRap в настоящее время активно продвигается английскими конструкторами, но американские изобретатели пошли ещё дальше, и представили в 2013 году концепцию 4D-печати. Разработчиком концепции считается руководитель Лаборатории самоорганизующихся систем Массачусетского технологического института Скайлэр Тиббитс (Skyllar Tibbits), которому в голову пришла гениальная идея, покрыть пластиковый тяж слоем «умного» гидрогеля, изменяющего свои свойства под действием света, тепла и электричества.

Основатель 4D-печати Скайлэр Тиббитс (Skyllar Tibbits) в своей лаборатории

Модели, изготовленные из таких материалов, могут подстраиваться под разные условия окружающей среды, и становиться более гладкими или шероховатыми, эластичными или твёрдыми, изменять форму, окраску, восстанавливаться и т.д. Таким образом, Тиббитс наделил 4D-модели свойством самостоятельно приспосабливаться к внешней среде, наподобие живых организмов.

4D-заготовки при перемешивании соединились в шар

Учёные из Университета Колорадо доработали идею Тиббитса и заложили программу трансформации в само вещество, которое используется во время печати. Они предложили использовать специальные полимерные нити, обладающие памятью формы, благодаря которым 4D-объекты «научились» растягиваться или скручиваться при определённом воздействии, к примеру, под механическим давлением, под действием тепла, воды.

Позднее к продвижению и развитию идеи 4D-печати присоединились учёные из других американских университетов и научных лабораторий.

Главное в 4D-печати – это разработка таких композиционных материалов, которые по-разному реагируют на разное воздействие. Например, солнечная панель, напечатанная на 4D-принтере, под действием влаги скручивается в трубочку, а под действием тепла принимает форму, необходимую человеку.

Сфера применения 4D-печати поистине безгранична. Ранее Тиббитс заявил, что разработанные им материалы для 4D-печати можно использовать для возведения домов, которые будут строиться самостоятельно, без участия или при минимальном участии человека.

4D-заготовки под действием тепла соединились в треугольник

Представьте себе водопроводные трубы, которые самостоятельно растут и присоединяются друг к другу, а также совершают колебательные движения, имитируя перистальтику кишечника, и ускоряя движение воды.

Одной из многочисленных сфер применения 4D-печати является создание формы и снаряжения для военных. Учитывая, что «умные» материалы под действием факторов внешней среды меняют свои свойства, камуфляж или, к примеру, структурную защиту можно получить не сменой снаряжения, а изменением имеющегося снаряжения. Также 4D-материалы можно использовать для маскировки танков.

За разработку инновационных методов применения 4D-печати Управление научных разработок Армии США выделило гранд в размере 855 тысяч долларов США для трёх исследовательских команд из Гарвародской школы инженерных и прикладных наук, Иллинойского и Питтсбургского университетов.

4D-заготовка под действием влаги соединилась в куб

«Пока мы скребём небольшой краешек этой инновационной технологии печати, - говорит Тиббитс, - точнее, краешек этой технологии только начинает открывать себя». В настоящее время 4D-принтеры пригодны для создания объектов, величиной не больше дивана, но в будущем планируется печатать и более крупные модели.

Вероятнее всего, 4D-печать произведёт революционный эффект, такой же, как в своё время произвела 3D-печать. Представьте себе: вы вытряхиваете из коробки детали журнального столика, и он собирает себя сам. А ваша домашняя солнечная батарея самостоятельно монтирует себя с первыми лучами солнца. Возможности четырёхмерной печати безграничны. Грядёт великолепное будущее, в котором людям уже никогда не понадобятся инструкции. Да и зачем они нужны, если в ближайшее время все предметы научатся собирать себя сами.