Oubliez l'impression 3D, qu'est-ce que c'est que l'impression 4D?

L'impression dans « 4D » peut ressembler à quelque chose de préparé pour un roman de science-fiction, mais c'est en fait une véritable technique d'impression d'objets qui s'appuie sur ce qui est déjà possible avec les imprimantes 3D actuelles de manière pliante d'esprit.

L'impression 4D est réelle, se produit en ce moment, et cela pourrait bien avoir le potentiel de changer le monde.

L'impression 4D est une question d'auto-assemblage

Alors, quelle est la 4ème dimension dont nous parlons ici? Vous avez probablement deviné que c'est temps. L'idée est que l'objet imprimé 3D peut changer sa forme et s'auto-assembler en une forme finale différente après avoir été imprimé en 3D.

Cette idée a vraiment fait ses débuts au MIT, au laboratoire d'auto-assemblage établi par Skylar Tibbits. Les géants de l'impression et de la modélisation 3D Stratasys et Autodesk ont ​​également connu leur main.

L'idée est que l'objet imprimé 3D a des composants rigides et flexibles et extensibles. Le matériau extensible répond aux stimuli externes une fois l'objet imprimé. Tibbets a présenté cette idée dans une conversation TED il y a plus de dix ans, mais elle est toujours fascinante, et la technologie pour le faire efficacement est maintenant beaucoup plus avancée qu'elle ne l'était à l'époque.

Des structures d'auto-assemblage comme celles-ci font partie de la plus grande catégorie de matière programmableet quand vous y pensez, le système le plus complexe que nous connaissons – la vie – est construit sur l'auto-assemblage de structures plus simples. C'est ainsi que les protéines fonctionnent et, bien sûr, les animaux commencent comme un seul embryon, qui se divise, puis se replie dans les différentes structures corporelles.

Pensez à l'origami, où une seule feuille plate de papier peut être formée en un nombre infini de structures complexes simplement par le pliage. Si vous pouvez l'obtenir, vous vous rendrez compte à quel point l'impression 4D sera importante.

L'impression 4D se produit sur une imprimante 3D

La meilleure partie est que vous n'avez pas besoin d'une imprimante spéciale « 4D » pour fabriquer des objets 4D. Une imprimante 3D multi-matériaux peut déjà faire ces objets, tant qu'il peut imprimer les matériaux requis.

Le vrai génie ici est dans la phase de conception. Les concepteurs d'objets 4D utilisent un logiciel spécial pour concevoir et planifier comment passer d'un objet imprimé en 3D ordinaire à un objet 4D complexe. Peut-être encore plus important encore, beaucoup de ces objets ne sont pas conçus pour s'auto-assembler une fois, mais pour changer leur configuration au besoin. Un exemple majeur Tibbets a cité au fil des ans est les conduites d'eau qui peuvent changer leur taille en réponse aux besoins de la ligne d'approvisionnement. De la même manière, vos veines peuvent changer leur diamètre pour réguler la pression et le flux de sang à travers votre corps.

La simulation logicielle est la vraie clé ici. En utilisant des simulations informatiques, les concepteurs peuvent vraiment comprendre exactement comment imprimer quelque chose, afin qu'il s'auto-assemble de la bonne façon lorsque vous ajoutez de l'énergie.

L'énergie et la matière activent sa forme finale

Une impression 4D n'est pas complète lorsqu'elle quitte l'imprimante – c'est latente. Il a encore besoin d'un événement d'activation. Cela pourrait être:

• Chaleur: certains matériaux se développent ou se contractent considérablement à des températures spécifiques.

• Humidité: Les hydrogels gonflent ou changent de forme lorsqu'ils sont exposés à l'eau.

• Lumière: les UV ou la lumière infrarouge peuvent déclencher des changements chimiques dans le matériau.

• Champs magnétiques: les matériaux de sensibilisation magnétiquement peuvent se déplacer de manière complexe.

Cela ne doit pas non plus être limité à ceux-ci. Certaines des structures d'auto-assemblage que les Tibbets ont montrées dans cette conversation TED originale ont également réagi à l'énergie cinétique. En d'autres termes, si vous les secouez, ils commencent à s'auto-assembler.

Il y a aussi de nouveaux métamatériaux en développement tout le temps, tels que les fibres de type musculaire artificielles qui se contractent lorsque l'électricité est appliquée. Si vous pouviez imprimer ces matériaux, ils pourraient être inclus dans la conception d'un objet imprimé 4D.

Pouvez-vous imprimer 4D à la maison?

Il est techniquement possible pour nous de faire une impression 4D à la maison en utilisant nos imprimantes 3D. Si votre imprimante peut imprimer les bons matériaux et que la conception est solide, rien n'arrêtait d'empreindre les amateurs actuels en 3D de tenter l'impression 4D.

En pratique, les documents dont vous avez besoin ne sont pas facilement disponibles, votre imprimante ne l'imprimera probablement pas sans modification, et la conception de ces objets (la partie la plus difficile) ne sera pas quelque chose que n'importe qui peut faire.

Cela dit, en 2023, Teaching Tech a tenté de faire une impression 4D de base à la maison en utilisant des filaments et des imprimantes existants.

Après beaucoup de grattage de tête et d'essai et d'erreurs, il a pu le retirer. Ainsi, en principe, nous ne sommes pas à des kilomètres des modèles 4D qui sont imprimables à la maison. Bien sûr, techniquement, il y a des empreintes qui n'ont besoin que d'un peu d'énergie cinétique de votre part pour changer de forme après l'impression, mais à proprement parler, ce n'est pas l'auto-assemblage!