Американские инженеры разработали метод 3D-печати одним полимером, который позволяет «программировать» реакцию напечатанного предмета на нагревание. В основе метода лежит зависимость сжатия напечатанных слоев полимера от направления прохода экструдера во время печати. Структуры, используемые таким образом, можно использовать для быстрого изменения их формы при нагревании, рассказывают авторы статьи, представленной на конференции CHI 2019.
Обычно 3D-печать подразумевает, что после печати и застывания объекта его свойства остаются неизменными на протяжении всего цикла использования. Но существуют и методы производства, позволяющие задавать будущее поведение созданного предмета. К примеру, для этого можно использовать сплав с памятью формы. Кроме того, есть и другой подход, позволяющий применять многие материалы. Он основан на совмещении двух материалов с разными реакциями на внешние стимулы. Например, это могут быть материалы, расширяющиеся от повышения влажности или температуры.
Линин Яо (Lining Yao) и ее коллеги из Университета Карнеги — Меллона в своей работе выбрали аналогичный подход, но показали, что для этого можно использовать один материал, которым в данном случае выступает полилактид. В качестве материала 3D-печати он проявляет интересные свойства. Во время нанесения полосы полилактида через экструдер, новый слой материала растягивается, связывается с предыдущим слоем и застывает в таком виде. Если затем нагреть напечатанный предмет выше температуры стеклования (для использованного в работе полилактида она составляет 61 градус Цельсия), произойдет релаксация напряжений и растянутый слой сожмется вдоль направления печати.
Инженеры решили, что эту особенность можно использовать для управления изгибом полимера после того, как его помещают в горячую воду или нагревают другим способом. Для этого они предложили объединять в одном напечатанном предмете области, в которых печать происходила в разных направлениях. Используя всего два перпендикулярных друг другу направления печати и располагая области заданным образом, инженеры могут получать практически любой угол изгиба. Авторы показали, как таким образом можно создавать различные предметы, к примеру, самостоятельно загибающийся крючок для извлечения пленки из сосуда.
Важный итог работы инженеров заключается в том, что они не только разработали метод печати, но и создали программное обеспечение, позволяющее пользователям легко создавать предметы с нужными им свойствами. Они создали его в качестве плагина к программам Rhinoceros и Grasshopper. В плагине пользователь может либо выбрать объект из подготовленной авторами библиотеки, либо самостоятельно задать нужную ему структуру с набором изгибов.
В прошлом году другая группа американских исследователей использовала отчасти похожий подход для управления реакцией напечатанного объекта на внешнее магнитное поле. Они разработали принтер, вокруг печатающей головки которого располагается катушка, создающая поле с нужной направленностью, которое определяет направленность намагниченности доменов в материала, а следовательно, и их реакцию на магнитное поле.
Григорий Копиев