Наука и Техника

Наука И Техника
22 декабря 2014

На смену трехмерной печати приходит четырехмерная

От структуры и места размещения деформирующихся элементов зависит изменение формы всего изделия на протяжении времени

Первый серийный 3D-принтер был выпущен в конце 80-х годов прошлого века. С тех пор технологии трёхмерной печати вышли за пределы лабораторий и специализированных предприятий и сегодня доступны любому желающему. В настоящее время печатные устройства создают самые разнообразные вещи от контактных линз до оружия и домов. А в качестве материалов могут использоваться пластик, керамика, металл и даже мармелад.

Если обычный принтер печатает на бумаге в двух измерениях, трёхмерный составляет из аналогичных двухмерных слоёв объёмные фигуры. Команда учёных из Массачусетского технологического института предлагает не останавливаться на этом и добавить четвёртое измерение — время.

Дэн Равив (Dan Raviv) и его коллеги работают над новой технологией, которая позволит продуктам 3D-печати изменять свою форму после создания.

Как сообщается в онлайн-публикации в издании Scientific Reports, в работе использовались два материала с различными свойствами. Специалисты напечатали решётку размером 38 на 38 сантиметров, в которой элементы из жёсткого пластика соединялись с помощью вещества, которое увеличивается в объёме при поглощении влаги.

Во время экспериментов они обнаружили, что, если положить изделие в воду, абсорбирующий материал деформируется и решётка меняет свою форму. При этом в зависимости от расположения и структуры изменяющихся элементов диапазон форм со сложной геометрией может быть очень широким. Например, учёные напечатали фигуру, в которой аббревиатура института MIT со временем превращалась в буквы SAL.

По мнению авторов работы в обозримом будущем этот подход позволит производить вещи, которые смогут адаптироваться к изменяющимся условиям, реагируя на влажность или температуру. Кроме того 4D-печать откроет дорогу совершенно новым медицинским имплантатам, которые смогут изменять свою форму, размер и функциональность без дополнительного хирургического вмешательства.

Одной из основных областей применения новой технологии может стать изготовление стентов — небольших трубок, которые помещают внутрь коронарных сосудов, суженных вследствие атеросклероза. Напечатанные стенты можно будет вводить в сосуды в сложенном состоянии, после чего они приобретут свою постоянную трубчатую форму и расширят поражённый участок.

Сейчас учёные экспериментируют с меняющими форму структурами, как в меньших, так и в больших масштабах, чтобы приспособить технологию для разных сфер человеческой деятельности.
Равив говорит, что его команда находится в самом начале пути и потребуется ещё много исследований, прежде чем четырёхмерная печать получит широкое распространение. Например, авторы экспериментируют с разными материалами. Использованный ими сейчас абсорбирующий влагу материал может выдержать лишь несколько циклов изменения формы, после чего теряет свои свойства. Кроме того, инженеры определяют другие факторы и условия, способствующие деформации конечного изделия, например, к изменению формы могут приводить воздействие света и температуры.