Czym jest druk 4D? Teoretycznie wytłumaczenie jest dość proste - to druk 3D, do którego dodajemy kolejny, czwarty wymiar. 3D to kształt zdefiniowany trzema współrzędnymi: X, Y, Z - 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. Czyli drukujemy przedmiot, który po wydrukowaniu i wykonaniu jakiejś akcji składa się lub rozkłada tworząc zupełnie coś nowego. Nadal brzmi skomplikowanie? Zacznijmy zatem od początku...
Skylar Tibbits definiuje druk 4D
Wszystko zaczęło się tak naprawdę w lutym zeszłego roku, gdy Skylar Tibbits, młody architekt, artysta i naukowiec przedstawił na konferencji TED swoją niezwykłą koncepcję tworzenia obiektów, które będą się samoistnie montowały, przekształcając ze stanu wyjściowego w docelowy pod wpływem określonego oddziaływania fizycznego. W trakcie swojego głośnego wykładu przedstawił wyniki szeregu eksperymentów jakie dokonał wspólnie z działem rozwoju i badań jednej z dwóch największych firm produkujących drukarki 3D - Stratasys oraz Laboratorium Samodzielnego Montażu MIT.
Eksperymenty obejmowały tworzenie przedmiotów, które pod wpływem wstrząśnięcia układały się w określony kształt, lub z kilku niezależnych kawałków łączyły się w jeden obiekt oraz zmieniały swoją strukturę pod wpływem zanurzania ich w wodzie. Jakie może mieć to zastosowanie w prawdziwym życiu? Wyobraźmy sobie wizytę w IKEI, gdzie jak zwykle kupujemy wąskie pudła ze złożonymi meblami. Dzięki technologii druku 4D nie musimy ich jednak samodzielnie składać, wystarczy po odpakowaniu zastosować względem nich jakieś działanie a w oka mgnieniu złożą się samoistnie.
Jeżeli wydaje się Wam, że powyższa wizja brzmi jak czyste ScFi i nie jest możliwa do spełnienia, warto zapoznać się z kolejnym eksperymentem Tibbitsa jakiego dokonał wspólnie ze swoimi kolegami ze studiów na niskobudżetowej drukarce 3D drukującej z żywicy - The Form 1. The Form 1 jest drukarką stereolitograficzną, tzn. utwardza żywicę za pomocą wiązki lasera, tworząc w ten sposób kolejne warstwy drukowanego przedmiotu. Technologia ta zapewnia najwyższą dokładność i jakość wydruku, niestety z uwagi na dość długi proces druku 3D, drukarki stereolitograficzne mają zwykle dość ograniczony obszar zadruku. W przypadku The Form 1 jest to 12 x 12 x 15 cm. Mimo to Tibbistowi i jego ekipie udało się na niej wydrukować łańcuch o długości… 15 metrów!
Eksperyment był znaczącym krokiem w kierunku dalszych badań. Tibbits wykorzystał do maksimum obszar roboczy używanego urządzenia kondensując duży, kilkunastometrowy obiekt w wyjątkowo niewielkiej komorze roboczej. Abstrahując od przydatności tego rozwiązania, zainspirowało ono wiele kolejnych osób. Jednymi z nich była niezwykła grupa projektantów i konstruktorów, która szczyci się mianem najlepszego i najwybitniejszego zespołu projektowego w świecie druku 3D - Nervous System.
Nervous System projektuje biżuterię
Grupa postanowiła rozpocząć eksplorowanie nowej technologii od stworzenia unikalnej i jedynej w swoim rodzaju biżuterii wykonanej ze sproszkowanych polimerów na drukarce 3D, drukującej w technologii SLS (spiekanie proszku laserem). System Kinematics składa się z pojedynczych, trójkątnych elementów połączonych ze sobą nawzajem i tworzących zwiewną niczym tkanina strukturę – mimo, że każdy z elementów ją tworzących jest sam w sobie sztywny.
Obiekty wydrukowane w tej technice można "gnieść" zmniejszając ich objętość i dzięki temu zmieścić w stosunkowo małej rozmiarowo drukarce 3D. Innymi słowy, mamy tu zastosowanie wcześniejszego eksperymentu Skylara Tibbitsa w pełnej krasie.
Kinematics polega na kompresowaniu modeli dzięki czemu do ich stworzenia możemy wykorzystać urządzenia, które są mniejsze niż drukowany obiekt. Za pomocą tego systemu projektanci stworzyli niezwykłą biżuterię, która mimo, iż wykonana z plastiku w dalszym ciągu prezentuje się bardzo ładnie...
To tyle jeśli chodzi o rzeczy, które udało się póki co stworzyć za pomocą technologii druku 4D. Tymczasem inne ośrodki naukowe prowadzą badania, które wychodzą daleko poza definicję sformułowaną w zeszłym roku przez Skylara Tibbitsa i tworzenie obiektów w nominalnym słowa znaczeniu w ogóle. Są bowiem na świecie już ludzie, którzy pracują nad programowaniem inteligentnych rzeczy...
Evolutionary Materials and Reactive Construction Science
Pod tą skomplikowaną nazwą kryje się coś, co ma szansę w przyszłości całkowicie zrewolucjonizować nasze życie. Mowa o materiałach ewolucyjnych i reaktywnej nauce tworzenia rzeczy. Wizja stworzona przez Neila Gershenfelda - dyrektora Centrum Bitów i Atomów w MIT, zakłada zamieszczanie informacji w materiale, który modyfikuje się i zmienia wg zadanych mu wytycznych. Docelowo ma to ewoluować w tym kierunku, że powstanie materiał, który zostanie zaprogramowany do tego, aby tworzyć nową generację części składających się na dany przedmiot. Innymi słowy wizja Gershenfelda zakłada stworzenie materiału ewoluującego niczym DNA.
Naukowcy z Uniwersytetów w Pittsburghu, Illinois oraz ze Szkoły Inżynierii i Nauk Stosowanych w Harvardzie otrzymali niedawno grant w wysokości 855 000 $ od Armii USA, w celu urzeczywistnienia wizji Gershenfelda. Wizji która sprowadza się do stworzenia zupełnie nowego rodzaju materiałów...
Materiały responsywne
Wiemy już co to są responsywne strony internetowe. Są to serwisy, które w zależności od rozdzielczości / rozmiaru ekranu urządzenia, na którym są wyświetlane zmieniają swój układ dopasowując się do niego. Jeżeli strona www składa się z 4 równych bloków tematycznych rozmieszczonych obok siebie, to jej responsywność będzie polegać na tym, iż wraz ze zmniejszaniem się szerokości ekranu, kolejne bloki będą schodzić jeden pod drugi tworząc de facto zupełnie nowy layout strony.
Materiał responsywny będzie działał w analogiczny sposób, tzn. będzie dopasowywał się kształtem do okoliczności wg zadanych mu wytycznych. Zostanie to osiągnięte za pomocą odpowiedniego sposobu jego tworzenia - zamiast konstruować materiał statyczny, który będzie zmieniał swój kształt, ma powstać adaptacyjny kompozyt biomimetyczny, który zmieni swoje właściwości i funkcjonalności na żądanie lub pod wpływem czynników zewnętrznych. Co ciekawe, produkty wykonane z takich materiałów mogą mieć bez porównania dłuższą trwałość od dzisiejszych. W końcu tworząc je z materiałów, które mogą wielokrotnie zmieniać swoje właściwości nie ma potrzeby aby tworzyć je jako jednorazowego użytku.
Wyobraźmy sobie zatem świat przyszłości, gdy za pomocą domowych drukarek 3D drukujemy sobie inteligentne kreacje, zmieniające kolor w zależności od temperatury bądź stopnia natężenia światła, zwiększające lub zmniejszające przepuszczalność czy sztywność...
Brzmi jak Stanisław Lem albo Jacek Dukaj? Być może, tyle tylko, że te rzeczy już powstają. Tak jak jeszcze 50 lat temu koncepcja ogólnoświatowej sieci internetowej łączącej ze sobą (teoretycznie) każdy zakątek świata wydawała się czymś abstrakcyjnym i niemożliwym do zrozumienia przez przeciętnego człowieka, tak całkiem możliwe, iż to samo czeka nas, w kontekście inteligentnych materiałów. Czego szczerze i sobie i Państwu nie życzę.
Jeżeli zainteresował cię temat druku 3D, zachęcam do odwiedzenia serwisu Centrum Druku 3D, na którym znajdziesz jeszcze więcej szczegółowych informacji.
mPolska24
NIE życzy sobie i nam Pan tego? A dla czego?