Technologia druku 3D – mimo że istnieje już ponad 30 lat, wciąż budzi wiele emocji, a osoby spotykające się z nią po raz pierwszy na żywo, postrzegają ją jako coś „niesamowitego„, „niewyobrażalnego„, czy wręcz „magicznego„. Podczas spotkań w trakcie najprzeróżniejszych wydarzeń – targów, eventów lub konferencji, staramy się wyjaśnić zasady działania drukarek 3D udowadniając, iż w gruncie rzeczy nie są one niczym nadzwyczajnym – a z pewnością nie są nim drukarki 3D drukujące w technologii FDM. Tymczasem tuż za horyzontem czeka coś, co przyćmi powszechne wyobrażenie na temat druku przestrzennego… druk 4D!
Czym jest druk 4D? Teoretycznie wytłumaczenie jest dość proste – to druk 3D, do którego dodajemy kolejny, czwarty wymiar. 3D to kształt zdefiniowany trzema współrzędnymi: XYZ – w przypadku 4D, do długości, wysokości i głębokości dodajemy czwarty czynnik, np. czas. Istotą druku 4D jest tzw. auto-montaż („self assembly„) polegający na tym, iż przedmiot o określonych właściwościach lub konstrukcji zmienia swój kształt pod wpływem czynników zewnętrznych jak temperatura, wilgoć, ruch lub elektromagnetyzm. W przypadku druku 4D, wydrukowany model pod wpływem jakiegoś działania będzie się składał lub rozkładał tworząc nową jego zmodyfikowaną wersję.
Podwaliny pod koncepcję druku 4D dał Amerykanin Skylar Tibbits, który zaprezentował ją w pierwszej połowie 2013 roku podczas konferencji TED. Jednakże najbardziej kreatywne i spektakularne prace w tej dziedzinie prezentuje studio Nervous System – sformowana w 2007 roku grupa projektantów i konstruktorów, posiadająca od wielu lat status najlepszego i najwybitniejszego zespołu projektowego w świecie druku 3D. Jednym z najgłośniejszych projektów wykorzystujących druk 4D był system Kinematics opisywany przez nas w grudniu 2013 r. Składał się on z pojedynczych, trójkątnych elementów połączonych ze sobą nawzajem i tworzących zwiewną niczym tkanina strukturę – mimo, że każdy z elementów ją tworzących był sztywny.
Dzięki Kinematics, studio było w stanie projektować duże obiekty, które następnie były „gniecione” co zmniejszało ich objętość. Druk 3D mógł się dzięki temu odbywać na dużo mniejszym obszarze roboczym. Teraz studio powróciło z zupełnie nową koncepcją – przewyższającą swoją śmiałością w podejściu do tematu wszystko co było do tej pory związane z drukowaniem przestrzennym.
Projekt zaprezentowany przez Nervous System został zainspirowany kwitnącymi kwiatami. Pączki kwiatów są początkowo niewielkie, a w trakcie kwitnięcia komórki każdego z płatków poszerzają się, rozwijając w dużo większe niż ich forma początkowa. Objętość rozkwitniętych kwiatów są dużo większe niż ich pączki. Studio postanowiło zaadaptować ten proces do drukowanych form, które mogłyby wykorzystywać dokładnie ten sam proces.
Wyobraźmy sobie zatem wydrukowany obiekt, wykonany z materiałów o zmiennych właściwościach fizycznych. Jego zewnętrzny obszar byłby wykonany z materiału, który będzie się szybko powiększał pod wpływem kontaktu z wodą. Jego wnętrze wykonane byłoby z materiału, który również reagowałby z wodą, ale w bardziej ograniczonym i wolniejszym stopniu. Na zaprezentowanym przykładzie obiekt miałby bardzo duży obszar i przypominałby coś na kształt dywanu. Pod wpływem np. deszczu, obiekt powiększałby się, tworząc unikalną strukturę w postaci pawilonu, który mógłby stać się schronieniem dla ludzi przed deszczem. Gdy deszcz by ustał, a obiekt zaczął schnąć, struktura stopniowo powracałaby do swojego pierwotnego, płaskiego kształtu.
Oczywiście na dzień dzisiejszy rozmawiamy wyłącznie o koncepcji, która nawet w opisywanym przypadku mogłaby być dość problematyczna (jeżeli po obiekcie mieliby chodzić ludzie, co stałoby się gdyby zaczął się powiększać w momencie gdy na jego powierzchni wciąż będzie ktoś przebywał? z drugiej strony – co jeśli zacznie się kurczyć, gdy ktoś będzie wciąż w jego wnętrzu?). Niemniej jednak gdyby tego typu materiały pojawiły się na rynku, stanowiłyby prawdziwą rewolucję jeśli chodzi o projektowanie przestrzenne. Prace badawcze nad tzw. materiałami responsywnymi (czyli zmieniającymi swoje właściwości pod wpływem czynników fizycznych lub chemicznych) trwają już od kilku lat i wydaje się tylko kwestią czasu, aż ujrzymy ich efekty.
Źródło: www.3dprint.com
Grafika: [1] [2] [3] [4]