В результате совместного исследовательского проекта между Сингапурским университетом технологии и дизайна (SUTD - https://www.sutd.edu.sg/) и Наньянским Технологическим университетом (NTU - https://www.ntu.edu.sg/Pages/home.aspx) материал для 3D-печати изменяет свою форму и возвращается в первоначальное состояние много раз без какого-либо воздействия извне.

Статья о проведённом исследовании под названием «Предварительное исследование реверсивной 4D-печати двухслойного компонента» была опубликована в журнале Engineering (https://www.sciencedirect.com/journal/engineering) в декабре 2019 года. Соавторами являются Амелия Илин Ли, Цзя Ан, Чи Кай Чуа и Йи Чжан.

 

Когда форма 3D-напечатанного объекта изменяется со временем, это называется 4D-печатью. Реверсивная 4D-печать означает возможность вернуться к исходной форме 3D-объекта. Первоначальные изменения в форме обычно вызваны либо теплом, либо водой, но реверсия часто требует ручного ввода в виде растяжения или вытягивания, что может быть трудоёмкой и непосильной задачей.

 

В последние годы исследователи уделяли особое внимание автоматизированной реверсивной 4D-печати, причем основным фактором, который использовался для достижения реверсивности без вмешательства человека, являлся гидрогель. Однако гидрогелю не хватает механической прочности, поэтому он ограничен в своих применениях. Дальнейшая работа использовала различные слои материала в качестве альтернативы гидрогелю, но процедура становилась только более утомительной.

 

Работа SUTD и NTU направлена ​​на решение этих проблем, предоставляя возможность обратимой четырехмерной печати без необходимости использования гидрогеля или человека.

 

В исследовании использовались материалы VeroWhitePlus и TangoBlackPlus, которые легко доступны и совместимы с трехмерными многоструйными технологиями. Команда сначала доказала, что эти материалы способны сохранять значительную механическую прочность во время и после изменения формы.

 

Процесс включает набухание эластомера этанолом, чтобы заменить функцию набухания гидрогеля. Это должно было вызвать нагрузку на переходный материал. При нагревании переходный материал изменяет свою форму на вторую форму. Когда этанол испаряется и эластомер высыхает, вторичный нагрев переходного материала возвращает его обратно в его первоначальную форму, поскольку эластомер вытягивает переходный материал обратно из-за упругой энергии, накопленной в нем после сушки. Эластомер выполняет двойную функцию, так как он используется как для создания напряжения на этапе программирования, так и для сохранения упругой энергии в материале во время реверсии.

 

Исследование также пришло к выводу, что реверсия была более точной при использовании настоящего метода, по сравнению с принудительным возвращением объекта вручную. Реверсивная 4D-печать находится на ранней стадии, но совместный проект позволил лучше понять механизмы, лежащие в основе автоматической реверсивной 4D-печати. Команда надеется продолжить опробовать технику с новыми материалами.

 

«Несмотря на то, что сама по себе обратимая 4D-печать является большим достижением, возможность использовать более прочный материал при одновременном обеспечении более точного реверсирования при изменении формы является революционной, поскольку она позволяет нам создавать сложные структуры, которые не могут быть достигнуты с помощью обычного изготовлениясуществующих методов. Опираясь на условия окружающей среды, а не на электроэнергию, это меняет правила игры в различных отраслях, полностью меняя способы проектирования, создания, упаковки и отгрузки продукции », - сказал профессор Чуа Чи Кай, ведущий исследователь и руководитель отдела разработки инженерных продуктов в SUTD.

 

4D-печать, включающая следующее измерение, естественно, является следующим шагом по сравнению с 3D-печатью. Однако, чтобы 4D-печать соответствовала изощренности современной технологии 3D-печати, исследователи должны отточить возможность создания гладких и сложных поверхностей в течение определенного периода времени. Ученые Гарвардского университета ранее экспериментировали с гладкими и сложными поверхностями с помощью печатных структур 4D, которые, будучи помещенными в соленую воду, принимают форму человеческого лица. В другом месте, в Университете Рутгерса, исследователи создали программируемые микроиглы с биоинспирированием, которые улучшают адгезию тканей с помощью проекционной микростереолитографии.

 

Источник: https://3dprintingindustry.com/news/sutd-and-ntu-collaboration-yields-reversible-4d-printing-168825/