2D печать плюс Оригами, получается 4D печать

Новая технология печати без отходных изделий. (в конце видео)

3D-печать сложных объектов обычно занимает много времени из-за того, что в процессе печати для создания объекта накладывается большое количество 2D-слоев, и в процессе обычно тратится много материала. Существуют несколько новых способов заставить плоские материалы самостоятельно сворачиваться в 3D-формы, но у них есть недостатки.

Впервые исследователи объединили 2D-печать, оригами и химию, чтобы создать метод быстрого изготовления 3D-объектов без создания каких-либо отходов. Эти фигуры самостоятельно сворачиваются за считанные секунды. Их исследование было опубликовано в ACM Transactions on Graphics.

3D-печать уже некоторое время используется для изготовления изделий. В настоящее время она находит все большее применение при изготовлении коммерческих изделий, включая детали для реактивных двигателей. Но каждый метод 3D-изготовления сопряжен с ограничениями, такими как длительное время, затрачиваемое на завершение печати, или потеря остаточных материалов при печати.

Концепция 4D-печати направлена на решение этих проблем с использованием минимального количества материалов. Эти материалы выбраны за особые свойства, позволяющие им при правильных условиях самостоятельно сворачиваться в сложные 3D-формы. Это называется 4D-печатью, потому что процесс самосвертывания использует время, которое часто называют 4-м измерением. По иронии судьбы, новый метод быстрой 4D-печати начинается в 2D-сфере.

"Мы с моей командой выяснили, как использовать доступные инструменты и материалы для создания самосвертывающихся 4D-объектов", - говорит доцент проекта Коя Наруми с кафедры электротехники и информационных систем Токийского университета. "По сути, мы создаем плоские листы с нанесенными на них узорами оригами, и эти узоры могут быть сложными, на формирование которых даже опытному художнику оригами требуются часы. Но благодаря нашему специальному процессу вы можете полить эти плоские листы горячей водой и наблюдать, как они за считанные секунды приобретают сложные 3D-формы ".

В этой технологии используется специальный струйный принтер, который печатает материалами, реагирующими на ультрафиолетовое излучение. Хотя сама машина может стоить десятки тысяч долларов, их часто можно найти в общих мастерских. Этот принтер печатает 2D-рисунок оригами на обеих сторонах пластикового листа, который сжимается при нагревании.

Используемые чернила не дают усадки и остаются гибкими после высыхания. Поскольку основной лист сжимается при нагревании, а чернила сопротивляются усадке, оставляя промежутки между участками чернил с одной или другой стороны, дизайнер может контролировать, в какую сторону сгибается определенный участок листа. Горячая вода используется для того, чтобы распределить тепло по плоскому листу так, чтобы он самопроизвольно складывался в замысловатую конструкцию оригами.

"Нашей самой большой проблемой была доработка вариантов оборудования и материалов, на что ушло больше года, чтобы сузить круг поиска до окончательного варианта", - говорит Наруми. "Но все эти проб и ошибок стоили того; по сравнению с предыдущими исследованиями, основанными на той же базовой идее, мы улучшили выходное разрешение в 1200 раз, что означает, что проекты, которые мы можем создавать, являются не просто новинками, но могут быть использованы в реальных приложениях. В будущем мы можем исследовать функциональные материалы, такие как проводящие или магнитные чернила, которые могли бы использоваться для создания машин и других функциональных устройств ".

Наруми и команда надеются, что эта инновация сможет найти применение в различных областях, таких как мода, где часто велики потери материалов, особенно в тех областях, где востребован индивидуальный дизайн.

Но учитывая тот факт, что предварительно сложенные формы полностью плоские, это также может оказаться полезным в любой ситуации, когда возникают проблемы с логистикой или хранением. Печатные дизайны можно было бы даже разместить на сайте, а затем получатель мог бы разогреть их, чтобы превратить в заказанный товар. И это может быть даже использовано в области аварийного восстановления, где необходимы определенные предметы, возможно, включая медицинские, но их часто трудно транспортировать, и это становится намного проще, когда требуемые предметы по существу плоские.