O technologii druku 3D zrobiło się głośno wcale nie tak dawno, a już słyszymy o nowym dynamicznym nurcie – druku 4D. W tym artykule dowiesz się czym jest druk 4D, kto go rozwija, a także jakie może być jego zastosowanie w przyszłości.

Drukowanie przestrzenne już zrewolucjonizowało wiele dziedzin nauki i cały czas zaskakuje możliwościami. Podczas tak szybkiego i dynamicznego rozwoju tej technologii powstał nowy, jeszcze bardziej niesamowity – druk czterowymiarowy. Druk 4D to nie utopia i hasło z książek fantasy, a rzeczywiste działania, które zaraz będziemy rozpracowywać na części pierwsze.

Druk 4D – fikcja czy rzeczywistość

 

Co to jest druk 4D

Zacznijmy od podstaw, druk 2D są to wydruki płaskie, druk 3D to figury przestrzenne, natomiast druk  4D to jeszcze nowsza dziedzina, która jest rozszerzeniem drukowania przestrzennego o kolejny wymiar – czas. Tak dokładnie -druk 4D oprócz standardowych 3 wymiarów – długości, szerokości oraz wysokości, posiada dodatkowo możliwość samo-modyfikacji wcześniej wydrukowanych obiektów.

Technologia drukowania w 4 wymiarach pozwoli na samoorganizację i kształtowanie się w wyznaczone przez drukarza formy po upływie jakiegoś czasu lub pod wpływem zmiennych czynników np. wilgotność, magnetyzm, temperatura czy ruch.

Koniec tej krótkiej teorii, teraz czas na wytłumaczenie jak to jest możliwe w praktyce. Drukarka 3D drukuje z filamentu i to właśnie z jakiego materiału jest drukowany obiekt, odgrywa kluczowe znaczenie. W strukturze filamentu jest już zakodowany kształt jaki obiekt powinien przybrać po zetknięciu z określonym czynnikiem zewnętrznym. Można powiedzieć, że materiał ma zaprogramowany auto-montaż.

Druk 4D – fikcja czy rzeczywistość1

Porównanie wg Skylara dzisiejszej automatyki do samo-kształtujących się obiektów

Skylar Tibbits jako jeden z ekspertów w tej dziedzinie na konferencji TED wyjaśnił, że 4 wymiarem w tej technologii jest czas. Zaprezentował, że druk 4D umożliwia samoistne przekształcanie obiektów drukowanych przestrzennie w docelowy, pod wpływem działania jakiegoś zewnętrznego czynnika. Na wykładzie przedstawił szereg eksperymentów, które przeprowadził wraz z jedną z największych firm zajmujących się produkcją drukarek 3D – Stratasys oraz Instytutem Technologii w Massachusetts (MIT).

Naukowiec zaprezentował wyniki eksperymentów jakie przeprowadzali w ramach druku 4D:

1. Po podrzuceniu prosty element układał się w określony wcześniej kształt.


2. Niezwiązane kawałki pod wpływek drgań, po jakimś czasie łączyły się w jeden nadany przez naukowców kształt. Jak podsumował to Skylar „ten przykład udowadnia, że przypadkowa energia może tworzyć nieprzypadkowe kształty”.

3. Elementy całkowicie zmieniały swoją strukturę w momencie zanurzenia w wodzie.

 

Rozkwitające Kwiaty

Ciekawy eksperyment przeprowadzili naukowcy z Uniwersytety Harvard, którzy  wydrukowali na drukarce 3D pewien obiekt, który pod wpływem wody powykrzywiał się w określony sposób – kształtem przypominając kwiat orchidei.
Film z testów można zobaczyć poniżej:

 

Zastosowanie w dzisiejszym świecie

Druk 4D może znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach nauki m.in.:

W medycynie – do wytwarzać struktur żywych komórek, które pozwolą na dynamiczny rozwój transplantologii.

W budownictwie – np. do budowy rurociągów, które będą mogły samoczynnie zmieniać pojemność i wielkość przepływu w momencie gdy będzie to potrzebne.

W robotyce – będzie można projektować roboty, które będą zdolne np. do naśladowania systemów bionicznych.

Podczas eksploracji kosmosu – do tej pory jeszcze nie odnaleziono niezawodnej techniki na budowę obiektów w tak ekstremalnych warunkach jakim jest kosmos. Druk 4D daję możliwość łatwiejszej eksploatacji kosmosu, a także budowę obiektów na innej planecie niż ziemia.
Krytyków tej teorii pewnie znajdzie się wielu. W świecie w którym żyjemy wszystko prezentuje się 3 wymiarach: długość, wysokość oraz szerokość i nawet elementy, które zostaną przekształcone po jakimś czasie również będą w 3 wymiarach. Druk 4D to tak naprawdę nazwa, która chce uzmysłowić perspektywy drukowania z takich materiałów, które są w stanie zmieniać kształty z jednego na inny – taki jakie nada mu inżynier.

Tak naprawdę ta technologia mogłaby wciąż nazywać się drukowaniem 3D, a nazwa mogłaby dotyczyć jedynie materiałów z jakich się drukuje. Myślę jednak, że przełom jaki może nastąpić dzięki wytwarzaniu takich materiałów jest ogromny i nazwa mimo, że trochę górnolotna, całkiem nieźle obrazuje tą technologię.

Skoro technologia tak pędzi do przodu i już coraz bardziej popularny staje się druk 4D co dopiero będzie w przyszłości, z niecierpliwością czekamy na nowinki ze świata technologii.

Dla zainteresowanych przesyłam link do innych ciekawych badań wykonanych przez MIT.