Objecten kunnen veranderen van vorm dankzij 4D-printing technologie

Onderzoekers hebben een andere 4D-printing methode ontwikkeld dan de methodes die we tot voor kort al kenden en waarover we op dit blog reeds geschreven hebben. Aan het Georgia Institute of Technology, de Singapore University of Technology and Design, en Xi’an Jiaotong University hebben de researchers objecten op een nieuwe manier 4D-geprint.

Ze hebben hun objecten gemaakt door ze te 3D-printen van meerdere reactieve materialen, elk ontworpen op net iets anders te reageren op hittestimulatie. Een voorbeeld is een bloem met meerdere lagen bloemblaadjes die zich allemaal net even iets anders gedragen waardoor ze erin geslaagd zijn de bloem net als een echte bloem te laten openen en sluiten. De binnenste lagen blaadjes sluiten zich helemaal en bij elke laag die je verder naar buiten gaat, sluiten de blaadjes zich om de vorige heen en buigen zich dus net iets minder dan die vorige.

Deze benadering zorgt ervoor dat het mogelijk is om de mechanische nabewerkingsstap rechtstreeks in het 3D-printproces in te bouwen. Zo kun je hogeresolutie 3D-geprinte componenten ontwerpen in computersimulaties, 3D-printen en daarna hun vorm aanpassen door verhitting. Dit kan de printtijd en materiaalkosten tot wel 90% reduceren, terwijl er bovendien geen tijdrovende mechanische programmering meer nodig is.

De objecten werden 3D-geprint op een Stratasys Objet500 Connex3. De hittestimulatie werd simpelweg bereikt met heet water. Een voorbeeld was een traliewerk dat, ondergedompeld in heet water, tot wel acht keer groter werd. In koud water nam het zijn oude vorm en grootte weer aan.

Zo kan er ook met composieten gewerkt worden die variëren in stijfheid of zachtheid. Deze technologie is interessant voor meerdere commerciële toepassingen. Objecten kunnen hiermee bijvoorbeeld plat gemaakt worden of opgerold voor vervoer en zodra ze in gebruik genomen worden, hun echte vorm aannemen. Uiteindelijk kan er gewerkt worden aan materialen die reageren op temperatuur, vochtigheid of licht op een getimede manier dat ze inzetbaar zijn voor medische apparaatjes of uitklapbare ruimtevaartstructuren.

De belangrijkste winst van dit project is dat het programmeren van objecten nu veel makkelijker wordt.