Rewolucja w 4D?

Od dawna mówi się, że drukarki 3D mogą w przyszłości zmienić całą światową gospodarkę. Tymczasem dzięki nowym techologiom i materiałom badacze idą o krok dalej, tworząc przestrzenne przedmioty zmieniające kształty.

Druk 4D polega na użyciu materiałów, które mogą zmieniać właściwości (np. geometrię, przewodnictwo) i zachowanie pod wpływem zewnętrznych bodźców, takich jak temperatura, ciśnienie itd. Niektórzy określają je jako programowalne. To rozwinięcie technologii druku 3D. Można dzięki niemu efektywnie produkować przedmioty wysokiej jakości o poszerzonych możliwościach.

Pierwsze komercyjne zastosowania są spodziewane do 2019 roku. Według raportu globalnej firmy konsultingowej RNCOS w latach 2019-2027 rynek będzie rocznie rósł o 40%. Z kolei firma badawcza Markets&Markets szacuje, że w ciągu 10 lat wartość rynku sięgnie 550 mln dolarów. Wydaje się to niewiele.

Jak w wypadku wielu nowych technologii koszt jej implementacji jest przeszkodą dla firm, które chcą wejść na ten rynek i dla ich klientów – początkowo ceny produktów będą wysokie. Inną przeszkodą jest fakt, że drukarki 3D nie są jeszcze doskonałe – trzeba poprawić ich wydajność i dokładność („rozdzielczość”). Konkurowaniem w tym sektorze są już jednak zainteresowane takie firmy jak Hewlett Packard, Autodesk i Dassault Systemes.

Medycyna, robotyka, przemysł kosmiczny

Chińscy lekarze chwalą się, że wykorzystali technologię 4D do operacji tchawicy pacjentki, która cierpiała na chorobę niemal uniemożliwiającą oddychanie. W tchawicy umieścili cewkę wydrukowana z polikaprolaktonu, który rozpuszcza się w ciągu 2-3 lat. Dzięki temu pacjentka nie będzie musiała przechodzić operacji usunięcia pomagającej w oddychaniu cewki.

Coraz częściej mówi się o wykorzystaniu technologii 4D do produkcji protez tkanek, narzędzi, robotów i nanorobotów, czujników i mikroczipów, a nawet futurystycznej odzieży, która mogłaby zmieniać kształty albo teksturę w zależności od pory dnia czy pogody. Duży potencjał mają programowalne włókna węglowe i tkaniny. Mogłyby je wykorzystywać przemysł kosmiczny i lotniczy, obronny, motoryzacyjny, tekstylny, budowlany i medyczny. Z analiz wynika, że to wojskowi, sektor lotniczy i kosmiczny mogą zainwestować najwięcej.

Inteligentne tworzywa

Koncepcja druku 4D jest bardzo młoda. Jako pierwszy w 2012 roku sformułował ją Skylar Tibbits, badacz pracujący w amerykańskim Massachusetts Institute of Technology (MIT).  Tibbits wieszczy rewolucję: wydrukowane obiekty fizyczne i biologiczne można programować tak, żeby po zapewnieniu odpowiedniej dawki energii zmieniały się w pożądany sposób. Mogą zmieniać kształt, właściwości albo nawet składać się w z góry określoną strukturę. Potrzebne są do tego inteligentne materiały zaprojektowane tak, żeby pod wpływem konkretnych bodźców robiły dokładnie to, czego od nich oczekujemy. Amerykański pionier zainspirował kolegów w Stanach Zjednoczonych, Azji i Australii do pracy nad takimi tworzywami. Ostatnie trzy lata to wysyp coraz to nowych pomysłów.

Trwa wyścig w opracowywaniu nowych materiałów do drukarek 3D, wrażliwych na takie bodźce jak ciepło, obecność wody, powietrza, ciśnienie, potrząsanie albo magnetyzm. Pod ich wpływem struktury mają się same składać w całość albo adaptować do środowiska w zaplanowany wcześniej sposób. Możliwe zastosowania trudno zliczyć.

Samobudujące się domy i nowa odzież

Zmieniające kształty materiały mogą całkowicie odmienić budownictwo, fabryki i infrastrukturę. Będą tez niezastąpione w ekstremalnych warunkach, zwłaszcza na stacjach polarnych i w bazach pozaziemskich, których budynki budowałyby się same, bez udziału ludzi czy robotów. Instalacje takie jak rurociągi mogłyby dostosowywać się do warunków pogodowych, czujniki i proste roboty mogłyby być niemal całkowicie pozbawione zawodnej przecież elektroniki i niewymagające wieloetapowego procesu konstrukcji. Ale jak druk 4D przyda się w codziennym życiu?

Wyobraźmy sobie, że w sklepie meblowym zamawiamy szafę. Po przywiezieniu jej do mieszkania rozpakowujemy mebel i zamiast szukać narzędzi spokojnie czekamy, aż sam się złoży. Samoskładających się mebli jeszcze wprawdzie nie ma, ale istnieją już ubrania, które zmieniają właściwości pod wpływem zewnętrznych warunków. Projektanci Jessica Rosenkrantz i Jesse Louis-Rosenberg zaprojektowali pod Bostonem suknię, którą wydrukowali na komercyjnej drukarce. Wcześniej zeskanowali ciało modelki i używając opracowanej przez siebie aplikacji Kinematics zaplanowali proces drukowania tak, żeby po wyjęciu z urządzenia zwinięta w kłębek kreacja odpowiednio się ułożyła. W przyszłości ma to pozwolić na produkowanie ubrań „szytych na miarę” co najmniej tak tanio, jak obecnie w fabryce. Ubrania dostosowujące swoją długość i kolor do miejsca i czasu, wzory z kwiatami, które otwierają się i zamykają w zależności od pory dnia, temperatury a nawet wilgotności – to tylko niektóre z pomysłów kreatorów czterowymiarowej mody.

Więcej w moim artykule „Druk 4D – nowy wymiar tworzenia” w kwietniowym wydaniu miesięcznika „Focus”.

Reklamy