Исследователи из Школы проектирования Свансона университета Питсбурга, Школы технических и прикладных наук Гарвардского университета и университета Иллинойса предлагают добавить еще одно, четвертое измерение к технологиям трехмерной печати. Благодаря этому, изготовленные с помощью такого процесса 4D-печати, предметы получат массу новых функций и возможностей за счет использования специальных адаптивных материалов, которые изменяют свои свойства со временем под воздействием разнообразных внешних факторов. Представьте себе защитное антикоррозийное покрытие для автомобиля, которое изменяет свою структуру, реагируя на высокую влажность или на соль, которой посыпана зимняя дорога. Представьте солдатскую униформу, которая сама может изменить камуфляжную раскраску и эффективнее защитить солдата при попаданиях в него осколков или воздействии отравляющих боевых химических веществ. А перечислять все удивительные возможности, которые предоставляет технология трехмерной печати адаптивными материалами, можно практически до бесконечности.

«Вместо того, чтобы производить предметы из «статического» материала, или материала, который может просто изменять свою форму, мы предлагаем использовать сложные адаптивные материалы, использование которых позволит запрограммировать их форму, свойства и функциональность в широких пределах. Активироваться эти изменения будут под влиянием различных внешних факторов, таких, как изменения освещенности, температуры, влажности и даже при механических воздействиях» — рассказывает Анна К. Бэлэзс (Anna C. Balazs), одна из научных руководителей проекта, который проводится благодаря гранту в размере 850 тысяч долларов, выданному Управлением научно-исследовательских разработок армии США.

«Объединив наши возможности в области синтеза материалов, реагирующих на внешние факторы, с высокой точностью, с которой процессы трехмерной печати позволяют создавать объемные предметы со сложными формами, и с возможностью точно определить поведение произведенного предмета во времени, мы закладываем основу новой области, которую можно назвать временной 3D-печатью или просто 4D-печатью».

Для создания материалов, способных реагировать на различные внешние факторы, исследователи использую широкий ряд чувствительных наполнителей. При этом, наполнители не просто тщательно перемешиваются с основой материала. С помощью технологии высокоточной трехмерной печати, из основы материала и набора наполнителей создаются нано- и микроструктуры, наличие которых придает конечному материалу его необычайные свойства. Такая технология является совершенно новым подходом, позволяющим достаточно просто создавать различные виды покрытий, «умных» датчиков, узлов различных конструкций, тканей и других предметов, которые имеют совсем иные свойства, нежели обычные предметы.

«Новые технологии 4D-печати позволят творить настоящие чудеса. С их помощью, к примеру, можно создать ткань, которая будет изменять свою окраску при изменениях уровня освещенности. Изменения температуры приведут к изменениям коэффициента теплопроводности этой ткани, а ее структура сможет моментально «окаменеть» при резком ударе, защищая тело человека, носящего одежду из такой ткани. Использование всех преимуществ нового подхода можно будет создавать адаптивные материалы, которые одновременно будут прочны и эластичны, гибки и тверды, обладая, при этом, весьма малым весом. Именно такая сложная «функциональность» адаптивных материалов обеспечит технологиям 4D-печати широкую область применения уже в недалеком будущем» — рассказывает Анна К. Бэлэзс.