Tai, ką šiuo metu išgyvename, yra tikra nauja pramonės revoliucija, kuri galimybių pakeisti visą mūsų pasaulį turi net daugiau, nei pirmoji. Be dirbtinio intelekto, kurio galimybės keisti visą socialinę mūsų sanklodą netgi gąsdina, mes vis geriau išnaudojame ir galimybes nebe surinkti, o tiesiog spausdinti daiktus. 3D spausdinimas jau neapsiriboja smulkiomis detalėmis, neapsiriboja netgi tokiomis medžiagomis kaip plastikas. Kalbame apie žmogaus kūne realiai galimus naudoti organus, mikroskopinius vaistus nešančius robotus, sudėtingas konstrukcijas ar netgi ištisus pastatus. Tai nebėra mokslinė fantastika, net nebėra tolima ateitis – tai dabarties tobulėjanti realybė, tačiau įsivaizduokite, jei galėtume keliauti toliau ir į 3D dimensiją pridėti dar vieną naują veiksnį, dar vieną dimensiją – laiką. Įsivaizduokite, kad galite ne tik spausdinti daiktus trimatėje erdvėje, bet ir suteikti jiems dinamiką, judesį ir net keisti jų formą pagal aplinką arba programuotus scenarijus. Tai yra 4D spausdinimas – novatoriška technologija, kuri žymi naują etapą trimačių objektų kūrimo ir gamybos srityje.
4D spausdinimas praplečia įprasto 3D spausdinimo galimybes, įvedant laiko dimensiją. Ši technologija leidžia daiktams keisti formą, struktūrą ar elgseną tam tikroms iš anksto nustatytoms sąlygoms. Tai įmanoma dėl specialių medžiagų, kurios gali reaguoti į temperatūrą, drėgmę, šviesą ar kitus dirgiklius.
Kaip jau rašyta, viena iš sričių, kuri labiausiai praturtės nuo 4D spausdinimo, yra medicina. Galima pagaminti implantus ar protezus, kurie prisitaiko prie paciento kūno sąlygų ir pokyčių. Pavyzdžiui, 4D spausdinti protezai galėtų prisitaikyti prie paciento judesių ir keisti formą, suteikiant optimalų prigludimą ir patogumą.
Tačiau dar viena sritis, kuri praturtės dėl 4D spausdinimo technologijos, gali būti naudinga statyba ir architektūra. Pavyzdžiui, įsivaizduokite fasado elementus, objektus, kurie prisitaiko prie skirtingų aplinkos sąlygų arba keičia savo formą keičiantis temperatūrai ar drėgmės lygiui. Tai galėtų būti naudinga adaptuojant pastatus prie skirtingų klimato sąlygų arba optimizuojant energijos naudojimą ir netgi gamybą. Dar daugiau, šias technologijos galima pritaikyti ir smulkiojoje architektūroje, kurti įdomius sprendimus paminklų architektūroje, judančias pagal paros metą skulptūrų detales, nuo drėgmės kiekio išsiskleidžiančius stogelius ar skėčius – visa tai tampa įmanoma.
Kaip veikia 4D spausdinimas?
4D spausdinimo procesas buvo sukurtas ir tobulintas siekiant plėsti 3D spausdinimo galimybes ir pridėti dinamikos bei adaptacijos aspektus. Šio proceso kūrimas sutelkė daugybę inžinierių, mokslininkų ir technologijų specialistų, kurie tyrė naujas medžiagas ir jų valdymo būdus bei siekė pritaikyti tai spausdinimui. Vienas iš pagrindinių įkvėpimų šiam procesui, kaip ir dažnai nutinka, buvo gamta. Gamtoje, tiek augaluose, tiek gyvūnuose, galime stebėti procesus, kurie leidžia momentaliai prisitaikyti prie gamtos sąlygų. Ar tai būtų gėlė, suskleidžianti savo žiedus naktį ir išskleidžianti juos gavus pakankamai šilumos ar saulės spindulių, ar driežai, gebantys keisti savo kūno spalvą prisitaikant prie aplinkos sąlygų. Tačiau, nors tai atrodo savaime suprantami procesai, jie yra itin sudėtingi, dar sunkiau atkartojami negyvose medžiagose. Tad kaip tai pavyko?
4D spausdinimo procesas remiasi specialių medžiagų naudojimu, vadinamų formų atminties polimerais (shape memory polymers) arba stimuliuojamomis medžiagomis (stimuli-responsive materials). Šios medžiagos gali turėti unikalią savybę keisti savo formą arba savybes, atsižvelgiant į tam tikrus dirgiklius arba sąlygas.
Norint pritaikyti šias medžiagas 4D spausdinimo procesui, buvo kuriama speciali spausdintuvų technologija. Šie spausdintuvai gali imituoti ir valdyti temperatūrą, šviesą, drėgmę ar kitus dirgiklius, kad aktyvuotų medžiagos reakciją ir sukeltų pageidaujamą pokytį. Be to, buvo plėtojami ir naudojami programuojami scenarijai, kurie nurodo, kaip medžiaga turėtų keistis arba kaip ji turėtų adaptuotis pagal iš anksto nustatytas sąlygas arba veiksnius.
Visas 4D spausdinimo procesas reikalavo intensyvių tyrimų, kūrybingumo ir inžinerinių žinių. Tai susiję su naujų medžiagų sinteze, jų pritaikymu spausdinimo procese ir spausdintuvų technologijos kūrimu. Šios pastangos atnešė naujus įrankius ir galimybes. Supaprastinant visą procesą, spausdinimo metu į įprastas medžiagas, naudojamas 3D spausdinimui, „įpinami“ specialūs polimerai, kurie turi generuoti norimą medžiagos reakciją nutikus tam tikriems scenarijams. Nors jau nemažai kalbėta, kad tai gali būti išorės dirgikliai, tokie, kaip temperatūra ar drėgmė, tačiau tai tikrai neapsiriboja vien tik tuo. Įsivaizduokite vamzdį, kuris gali prasiplėsti jame padidėjus vandens kiekiui ir spaudimui, taip užtikrinant struktūrinį vientisumą, arba jį pažeidus įsivaizduokite galimybę jam pačiam sutvarkyti pažeistą vietą. Taip pat, įsivaizduokite fasadą, kurio spalva keičiasi pagal gyventojų pageidavimus, tiesiog paleidus silpnus elektros signalus per jį. Visa tai tampa įmanoma.
Rytojus, šiandien?
Viena iš lyderiaujančių sričių, kurioje 4D spausdinimas jau rimtai testuojamas, yra kosmoso industrija su NASA priešakyje. Pavyzdžiui, 4D spausdinti elementai, tokie kaip termoaktyvūs dangteliai arba lyginimo mechanizmai, gali būti naudojami kosminiuose aparatuose ir reguliuoti jų temperatūrą arba keisti formą siekiant optimizuoti veikimą. Prie NASA lyderystės galima pridėti ir žymiausius pasaulio universitetus – vienas pastebimas 4D spausdinimo inovatorius yra Massachusetts Institute of Technology (MIT) ir jo savirinkimo laboratorija JAV. Jie yra pirmaujančioje pozicijoje tyrinėdami 4D spausdinimo potencialą ir jo taikymą įvairiose srityse. Laboratorijai vadovauja profesorius Skylar Tibbits, kuris laikomas vienu iš šios technologijos pionierių. Dar 2013 metais savo Ted Talk jis 4D spausdinimo tikslą apibrėžė taip: „4D spausdinimas turi sukurti pasaulį, kuriame nereikės variklių, beveik nereikės energijos ir viskas bus valdoma nuotoliniu būdu“. Žinant, kokias galimybes suteikia tokia technologija, kaip galėtų pasikeisti mūsų pasaulis ir kokios institucijos bei protai šioje srityje dirba, net neabejoju, kad 4D technologijos į mūsų kasdienį pasaulį žengs užtikrintai, o rytojus ateis greičiau, nei tikėtasi.
