Znanstvenici sa Sveučilišta u Tokiju predstavili su novu metodu koja kombinira 2D print, origami i kemiju kako bi postigli brzu izradu 3D objekata bez stvaranja otpada materijala.
Ova metoda, poznata kao 4D print, predstavlja poseban pristup trodimenzionalnoj proizvodnji s potencijalom da prevlada ograničenja i otvori intrigantne mogućnosti za različite industrije. Za razliku od konvencionalnih tehnika 3D ispisivanja sloj po sloj koje dovode do produženih vremena proizvodnje i otpada materijala, istraživači su se inspirirali 4D ispisivanjem. Ovdje, materijali s jedinstvenim svojstvima sami se presavijaju u kompleksne 3D oblike pod određenim uvjetima, iskorištavajući vrijeme kao ključni aspekt transformacije.
“Naš najveći izazov bio je usavršavanje opcija za hardver i materijale, što je trajalo više od godinu dana kako bismo to suzili na konačne izbore“, rekao je Koya Narumi, asistent projekta, Odjel za elektrotehniku i informacijske sustave na Sveučilištu u Tokiju. “No, sav taj pokušaj i pogreška se isplatio; u usporedbi s prethodnim istraživanjima oko iste osnovne ideje, poboljšali smo razlučivost izlaznih rezultata 1.200 puta, što znači da dizajne koje možemo stvoriti nisu samo novotarije, već se mogu koristiti za stvarne primjene. U budućnosti bismo mogli istražiti funkcionalne materijale, poput provodljivih ili magnetskih tinti, koje bi mogle omogućiti izradu strojeva i drugih funkcionalnih uređaja.”
Iako su otisnute origami ploče suštinski ravne, kombiniraju mnoge slojeve različitih tinti iznad i ispod središnjeg materijala za grijanje i skupljanje. Primer pomaže tintama da se prianjaju za ploču, čak i kad je mokra. Crna tinta je ta koja se odupire skupljanju kako bi omogućila presavijanje. Bijeli sloj pruža prazno platno za sloj boje. I konačni prozirni sloj štiti sve one ispod.
Nova metoda za brzu i bezotpadnu izradu.
U središtu tehnike nalazi se specijalizirani inkjet pisač prilagođen za obradu UV-osjetljivih materijala. Iako ti pisači mogu povlačiti veće troškove, široko su dostupni u zajednicama proizvođača i dijeljenim radionicama. Pisač precizno nanosi 2D origami dizajn na obje strane plastičnog lista koji se skuplja na toplinu. Također, tinta koja se koristi u procesu tiskanja ostaje nepromijenjena tijekom kasnijeg skupljanja, osiguravajući da zadržava fleksibilnost čak i nakon sušenja. Postavljanjem razmaka između dijelova tinte s obje strane, dizajneri dobivaju preciznu kontrolu nad smjerom presavijanja lista.
Samo-presavijajući proces pokreće izlaganje ravnom listu toplini uz pomoć vruće vode. Kao rezultat ovog izlaganja toplini, osnovni list se skuplja. Tijekom tog procesa, tinta koja pokazuje otpornost na skupljanje ima ključnu ulogu, vodeći materijal da se spontano presavija u složenu strukturu sličnu origamiju.
“Moja ekipa i ja otkrili smo kako koristiti dostupne alate i materijale za stvaranje samo-presavijajućih 4D objekata”,
dodao je Narumi. “Bitno je da stvaramo ravne listove s origami uzorcima na njima, a ti obrasci mogu biti složeni, čak i iskusnom umjetniku origamija može trebati sate da ih oblikuje. Ali zahvaljujući našem posebnom postupku, možete preliti vruću vodu preko tih ravno nanesenih listova i promatrati kako se brzo pretvaraju u složene 3D oblike u nekoliko sekundi.”
Istraživači su izrazili oduševljenje značajnim potencijalom ove jedinstvene tehnike u raznim primjenama. Među njima se ističe modna industrija, koja često ima problema s otpadom materijala, posebno u kontekstu unikatnih dizajna. Mogućnost tehnologije da 4D otiske prenosi dok ostaju ravni nudi privlačno rješenje za prevladavanje logističkih i pohranbenih prepreka, čime postaje pragmatična opcija za uvjete obnove nakon katastrofe. Bitni predmeti poput medicinske opreme mogu biti otisnuti kao ravne forme i pretvoreni u potpuno funkcionalne 3D objekte na licu mjesta.
Kako su istraživači istaknuli, proces 4D ispisivanja trenutno prolazi kroz kontinuirano istraživanje i razvoj, pružajući uvid u potencijalnu budućnost gdje brza i bezotpadna izrada može postati stvarnost. Istraživači su izrazili “veliko oduševljenje” zbog njegove praktične primjene i utjecaja na različite industrije.
Softver koji je tim stvorio temelji se na važnom algoritmu u području origamija. On može dekomponirati trodimenzionalni ulazni objekt i izvesti dvodimenzionalni uzorak. Ovaj proces bi zahtijevao vremena, strpljenja i puno pokušaja i pogrešaka da ga izvede ljudski umjetnik. Taj algoritam je ono što je prvo potaknulo tim da istražuje ideju brze 4D izrade i temeljan je za sam proces.
