4D-печать и новые свойства метаматериалов

Технология создания трехмерных объектов путем их послойного выращивания была разработана еще в середине прошлого века американским ученым Чарльзом Халлом. Тогда для изготовления подобных конструкций он рассматривал ФПК, или фотополимеризующуюся композицию. С тех пор стереолитография (технология быстрого прототипирования) получила свое развитие, и на сегодняшний день является неотъемлемой частью нашей жизни. Однако в контексте данной технологии можно было создавать только композиционные материалы, или так называемые метаматериалы. Их свойства, как известно, определяются структурой, а значит, форма и другие физические характеристики изготовленного объекта уже не поддаются изменениям — эти параметры необратимы.

Не так давно технология 3D-печати, благодаря которой мы получаем необходимые материалы любой формы и размеров, была усовершенствована: американские ученые смогли придать метаматериалам новые свойства, а именно гибкость и легкость, изготавливая композиты из полимера с памятью формы. То есть стало возможным по необходимости придавать уже напечатанной детали новую форму. Но это еще не все: при взаимодействии с водой, в результате механического или теплового воздействия эти материалы могут менять свои свойства. Получается, что, например, при воздействии температуры 23-90°С, материал можно будет временно преобразовывать в любую форму и затем беспроблемно возвращать в первоначальную. Метаматериалы с новыми свойствами были протестированы с помощью испытательных машин, в результате чего выявилась возможность регулирования жесткости напечатанного объекта более чем в 100 раз.

Подобную модификацию технологии 3D-печати назвали 4D-печатью, что, очевидно, вовсе не означает 4-мерное измерение объекта. Ученые уже рассчитывают на то, что смогут использовать свое открытие для улучшения качества жизни людей на планете: при изготовлении летательных аппаратов (в т. ч. космических), роботов и нанороботов, медицинских имплантов, диагностического медицинского оборудования и др., имеющих возможность приспосабливаться к окружающей среде благодаря изменчивым свойствам источника. Применение 4D-материалов в биомедицине, робототехники или авиатехнике буквально сдвинет прогресс вперед, откроется путь к новым разработкам и технологиям, наступит новый этап в науке и технике.