Lining Yao z Carnegie Mellon University demokratyzuje druk 4D. Nowa platforma Thermomorph, opracowana wspólnie z naukowcami z 6 innych jednostek, umożliwić ma tworzenie zmieniających kształt elementów bez profesjonalnego sprzętu i specjalnych materiałów. Ich oprogramowanie pozwala drukować płaskie obiekty, które przybierają zaplanowany kształt po ogrzaniu. Metoda bazuje na druku z dwu materiałów: TPU i PLA.
Pisaliśmy już kilkukrotnie o koncepcji druku 4D, czyli drukowaniu przestrzennym elementów zmieniających kształt pod wpływem bodźca (temperatury, zanurzenia w wodzie itp.). Pomysłem zajmują się już nawet poważne ośrodki naukowe, ale pozostaje on na razie ciekawostką technologiczną, choć z potencjałem aplikacyjnym.
Zaletą przedmiotów, które mogą zmieniać kształt, jest szybszy i tańszy proces druku „skompresowanych” elementów. Co równie istotne, rozpłaszczone wydruki są łatwiejsze w transporcie i magazynowaniu. Ta przewaga jest szczególnie istotna w kontekście potencjalnych zastosowań druku 4D – np. do tworzenia żagli słonecznych.
Świeże spojrzenie na druk 4D proponują naukowcy z Morphing Matter Lab, które jest częścią Carnegie Mellon University (Pitsburgh, USA). Kierująca laboratorium Lining Yao (we współpracy z badaczami z innych jednostek) postanowiła zdemokratyzować druk 4D. Prezentowane do tej pory rozwiązania bazowały na głównie nietypowych, trudno dostępnych materiałach, albo wymagały wyszukanych technik obróbki wydruków, zwykle niedostępnych w amatorskim wariancie druku 3D.
Grupa badaczy z Yao na czele postawiła sobie za cel opracowanie metody druku 4D korzystającej ze standardowej desktopowej drukarki 3D, powszechnie dostępnych materiałów i z etapami pre- i postprocessingu ograniczonymi do minimum – platforma, nazwana Thermomorph, ma być dostępna również dla mniej doświadczonych użytkowników. Opracowane przez naukowców oprogramowanie automatycznie oblicza szybkość drukowania i wzór wymagany do osiągnięcia założonego kształtu po „odpłaszczeniu” wydruku.
Kształty wydrukowane z wykorzystaniem platformy Thermomorph są płaskie i twarde bezpośrednio po wydruku. Po umieszczeniu w ciepłej wodzie (testowe obiekty zanurzano w wodzie o temp. 70°C na 15 sekund) elementy zmieniają kształt zgodnie z programem. Zawdzięczają to połączeniu dwu materiałów: TPU i PLA – podobne połączenie użyli naukowcy z ETH Zürich do drukowania samoskładających się arkuszy. Thermomorph korzysta jednak z właściwości termicznych obu materiałów.
Przeciskanie PLA przez dyszę ekstrudera powoduje rozciągnięcie cząsteczek polimeru i równoległe ich ułożenie, które zachowane jest pod warunkiem szybkiego ochłodzenia. Kiedy polimer ogrzeje się ponownie, cząsteczki polimeru przybierają preferowany, poplątany kształt i materiał kurczy się zgodnie z kierunkiem druku. W stosowanym zakresie temperatur (od temp. pokojowej do 70°C) TPU pozostaje elastyczny i nie ulega kurczeniu. Wydrukowanie warstwy PLA na warstwie TPU daje więc element odginający się po ogrzaniu.
Żeby zademonstrować potencjał nowej platformy wydrukowano kilka modeli 4D, m.in. kwiaty, królika, krzesło i łódkę (oczywiście w skali). Wydruki zrealizowano korzystając z drukarki MakerBot Replicator 2X. Naukowcy sugerują, że technika druku 4D może w przyszłości znaleźć zastosowanie w produkcji łodzi (konkretnie o tworzenie form do wykonywania kadłubów z włókna szklanego), satelitów czy mebli. Szczególnie atrakcyjna wydaje się wizja mebli z IKEI, które składają się same np. po wystawieniu na słońce…
źródła: www.cmu.edu, morphingmatter.cs.cmu.edu
