Существует множество проблем, связанных с транспортировкой предметов в космос. Одна из них связана со слишком большими габаритами этих предметов. Какое решение? Можно сделать вещи компактными, мобильными, наделить их способностью сворачиваться до размера обычного пакета. Для этого в современной науке используется 4D-печать.
Эксперименты швейцарских ученых
Четырехмерная печать позволяет получить структуры, которые меняют свой объем при разных условиях. Например, можно напечатать предмет из полимера, который хранит память о своей прежней форме. Такой объект будет программироваться на расширение и сворачивание при изменении температурного режима или под воздействием света.
Все бы хорошо, но есть одно существенное «но». Сами источники энергии, которые должны будут воздействовать на 4D-печатные объекты, достаточно громоздкие. К тому же, существует риск того, что компоненты могут смяться или не иметь структурной целостности.
Профессор Кристина Ши и докторант Тянь Чен из Швейцарского федерального института технологии Цюрих (ETH Zurich) опубликовали интересное исследование. Оно касается трехмерной печати программируемого исполнительного механизма, который автономно разворачивается и меняет свою форму. В качестве катализатора применяются температурные изменения.
Это не первое исследование ученых, включающее применение аддитивной технологии. До этого они уже использовали 3D-печать для разработки подводного мягкого робота.
Особенности новых стрктур
Исследование называется «Автономный программируемый исполнительный механизм и формы реконфигурируемых структур с использованием бистабильности и форматных полимеров памяти». Главная его суть заключается в применении специального полимера, который может запоминать свою форму. В качестве линейного привода ученые использовали бистабильный механизм. Также не обошлось без участия регулируемого по температуре источника энергии и усилителя мощности.
Что получилось в итоге? Полимеру обеспечена точная геометрическая активация и измеряемая несущая способность. Это значит, что из такого материала можно собирать крупные развертываемые и реконфигурируемые структуры.
3D-напечатанные объекты программируются на постепенное изменение формы путем подгонки каждого полимера памяти формы к другому времени активации. Вначале это просто плоские объекты, которые при активации превращаются в пирамиду или гиперболическую параболоидную форму, демонстрируя многоуровневую структуру. Итоговые предметы отличаются прекрасной несущей способностью во время их эксплуатации.
Элементы были напечатаны с использованием 3D-принтера Objet3 Connex500 от Stratasys. В качестве материалов применялись: FLX9895 – полимер с памятью формы; RGD525 – термостойкий жесткий пластик; Agilus30 – эластомерный материал. Затем структуры активировались с использованием нагретой воды для имитации пониженной гравитационной среды.
Данное исследование может быть применено во множестве отраслей, особенно в освоении космоса.