Напечатанный 4D-объект - это объёмная форма, которая двигается. То есть, напечатанному на 3D-принтере объекту, помимо трёх привычных измерений: высоте, ширине и глубине, добавляется ещё одно - время, с течением которого тот изменяется и передвигается. И здесь главное, чтобы этот объект не убежал сразу после того, как его напечатали.
Интересных успехов в области печати объёмных объектов добились исследователи из Южной Кореи. Они разработали технологию печати объектов, приводимых в движение условиями окружающей среды и магнитного поля. Важным дополнением разработанной технологии стал безотходный принцип производства.
Материала для печати много!
Превратить обычный 3D-принтер в печатающее устройство условных, самопередвигающихся роботов помогли нефтяные отходы, а точнее - сера, оставшаяся от нефтепереработки. Её скопилось довольно много и этот промышленный отход приходится либо где-то хранить, либо утилизировать, зарывая в землю.
Корейские разработчики переделали 3D-принтер под печать полимером на основе серы. Главное свойство такого полимера - способность восстанавливать первоначальную форму. Этот класс богатых серой полимеров, называют фениленполисульфидными соединениями - PSN.
В полимер, используемый для печати, они добавили магнитных частиц, примерно пятую часть от общей массы. Такая модификация позволила приводить в движение напечатанный объект не только перепадами температуры, но и с помощью внешнего магнитного поля.
Чтобы добавить магнитные частицы (Fe₃O₄) учёным пришлось предварительно заморозить полимер PSN с помощью жидкого азота. Затем замороженный полимер измельчили и в центробежном смесителе смешали с магнитными частицами в пропорции 4:1. Полученный композит, содержащий 20% частиц Fe₃O₄, назвали MPSN - магнитный PSN.
Напечатав отдельные блоки своего будущего робота, учёные "сшили" их инфракрасным лазером. При этом химическая сварка блоков длилась не более 8 секунд. Завершив создание робота, учёные приводили в движение и управляли его перемещением внешними магнитными полями.
Но можно было обойтись и без магнитных частиц. В таком случае напечатанные объекты, приняв свою форму при определённой температуре, начинали трансформироваться и восстанавливаться, если температура изменялась. Так объекты приводились в движение и каждый раз возвращались в исходное состояние.
Примечательно то, что если напечатанный объект надоедал, его можно было повторно использовать как материал для печати нового - другого объекта. Так корейским инженерам удалось решить проблему с отходами, сделав представленную технологию безотходной. Руководитель проекта доктор Гюн Ким из KRICT (Korea Research Institute of Chemical Technology - Корейский научно-исследовательский институт химических технологий) пояснил, что:
"Это исследование представляет собой первый пример переработки промышленных серных отходов в передовые материалы для робототехники."
Динамичные здания.
Надо сказать, что блоки для постройки "корейских" роботов в высоту были не более 1 см, а учёным хотелось чего-то большего и масштабного.
Тогда им пришло на ум напечатать блоки для постройки в миниатюре известного испанского храма Саграда Фамилия. Другим объектом строительства стал стадион с раздвижной крышей.
Каждая из этих конструкций была собрана из отдельных блоков, напечатанных с помощью новой технологии 4D-печати. Каждый из таких блоков способен двигаться и изменять форму, повинуясь командам внешних магнитных полей и температур, контролируемых разработчиками.
В итоге воздвигнутые здания получились динамичными, наглядно продемонстрировав возможности 4D-печати.
Масштабирование и применение.
Самодвижущиеся минироботы, динамичные макеты зданий - это хорошо работает в качестве демонстрационных объектов. Другой вопрос: можно ли их масштабировать или масштабировать само производство подвижных, динамичных блоков?
Первым, что приходит на ум, это медицина, в которой мягкая робототехника — машины, созданные из гибких, податливых материалов, отлично подойдут для протезирования. По утверждению разработчиков, синтезированный ими полимер PSN сочетает в себе три важные свойства: прочность, адаптивность и долговечность. Как раз то, что надо для производства протезов.
Важно отметить, что корейские исследователи не были первыми, кто проводил эксперименты с технологией 4D-печати. Немногим ранее концерн BMW продемонстрировал свой концептуальный автомобиль "Vision Next 100", использующий сплав с эффектом памяти формы, восстанавливающий свою первоначальную форму под воздействием тепла или вибрации.
Может быть интересно:
Благодарю Вас за прочтение и потраченное время.
Помочь умственному развитию автора можно здесь.
На что собираются деньги написано здесь.
Чтобы не пропустить новые интересные публикации рекомендую Вам подписаться на телеграм-канал, указанный в профиле Дзен-канала.