Transformers door het 4D printen

We kennen allemaal de film Transformers wel. Auto’s die geheel automatisch worden omgezet naar een samengestelde robot. Tot dusver is de mogelijkheid er nog niet geweest om complexe bewegingen van materiaal in de tijd te laten uitvoeren. Nu is er echter het 4D printen. Wat houdt dit in, is het echt vier dimensionaal printen of wat anders en wat kan ermee worden gedaan?

4D printen

• De invloed van rapid prototyping
• Normale perceptie van vierde dimensie
• Wat houdt dan 4D printen in?
• Voordelen
• Vergelijk het materiaal met een bi-metaal
• Hoe werkt het?
• De werkelijke Transformers?

De invloed van rapid prototyping

We zijn er reeds mee geïntroduceerd: de rapid prototyping technologie. Het geeft de mogelijkheid om ieder digitaal object tot op de honderdste van een millimeter nauwkeurig uit te plotten, zodat een werkelijk object wordt gerealiseerd. Dit wordt het 3D printen genoemd. De technieken staan niet stil! Nu worden er reeds objecten geïntroduceerd, welke met het rapid prototyping zijn gerealiseerd, echter met de tijd een verandering ondergaan. Dit wordt dan ook spontaan het 4D printen genoemd, terwijl het materiaal reeds drie dimensionaal is gemaakt. Toch verandert het materiaal met de tijd. Wat houdt deze techniek in en wat voor potentiaal heeft het?

Normale perceptie van vierde dimensie

Indien er een drie dimensionaal object is, dan zal deze met de tijd gaan verplaatsen. De vorm blijft strikt genomen hetzelfde, echter het zal gaan verplaatsen naar een voor ons niet zichtbare toekomst. Deze vorm van tijdsbesef is uiteraard niet van toepassing op de printer. De printer is en blijft dezelfde printer, zoals het ook binnen het concept 3D printen van toepassing is. Er wordt een object gemaakt, welke laagsgewijs wordt opgebouwd. Het is echter zo dat het geprinte object bepaalde eigenschappen heeft gekregen, waardoor het onder invloed van water, warmte, zonnestraling enzovoorts anders gaat gedragen. Dit veroorzaakt een beweging met de tijd en dat verschilt met het standaard idee van een tijdsverplaatsing.

Wat houdt dan 4D printen in?

Strikt genomen is het 4D printen nog steeds een 3D print aangelegenheid. De gewone printer geeft echter aan het geprinte materiaal een specifieke eigenschap, waardoor het met de tijd een beweging gaat maken. Zo kan een materiaal in een lange streng worden gemaakt – waardoor de grootte van de printer relatief klein kan zijn – echter daarna ondergaat het geprinte materiaal een metamorfose. Het zorgt ervoor dat het reeds uitgeprinte materiaal, zodanig gaat bewegen dat er een object wordt gebouwd. Die eigenschap zorgt ervoor dat er ongekende mogelijkheden zijn om het toe te passen.

Voordelen

Omdat het op deze manier realiseren van objecten een nieuwe ontwikkeling is, kunnen de ongekende mogelijkheden nog niet worden ingeschat. Het kan echter potentieel de volgende voordelen opleveren:

• lange strengen printen zorgt voor relatief handige opslagmogelijkheid;
• het vervoer kan als het ware in een lange doos;
• vervoerskosten zijn beperkt;
• eenmaal neergelegd op de plek van bestemming zal het object transformeren door het missende element toe te voegen;
• omdat ieder object bestaat uit vele kleine delen is het printen ervan met een kleine printer mogelijk. Het gaat om de samenstelling van alle kleine delen, waarmee een groot object kan worden gerealiseerd.

Vergelijk het materiaal met een bi-metaal

Een voor iedereen bekend object is het bi-metaal. Twee metaal soorten zijn daarbij samengekomen. Indien het in aanraking komt met warmte gaat het ene materiaal anders vervormen dan het andere, waardoor een buiging van het bi-metaal ontstaat. Dit is dus ook een tijd gerelateerde verandering. Doordat het wordt verwarmd kan er een elektrische verbinding worden gerealiseerd, waardoor bijvoorbeeld een alarm wordt geactiveerd. Die eigenschap is vergelijkbaar met wat het met de tijd vervormbare materiaal ondergaat. De variabele hoeft echter geen warmte te zijn, maar lucht of straling kan genoeg zijn om het op gang te brengen. Door de speciale vorm van het materiaal zet de ene kant uit, echter de andere kant minder of juist niet. Daardoor zal een verbuiging ontstaan, welke vooraf geprogrammeerd of geprint kan worden.

Hoe werkt het?

Het materiaal is zo uitgeprint dat het een beweging kan maken, indien het in contact komt met een andere stof. Denk aan een vloeistof, waardoor de warmte-eigenschap van het materiaal verandert. Zo kan het materiaal op de cruciale punten verbuigen. Daarnaast bestaat de mogelijkheid om op de bewuste knikpunt een spanningsverschil in het materiaal aan te brengen, welke juist in sommige omstandigheden vrijkomt. Door de spanning op de juiste plek aan te brengen kan het materiaal in de juiste richting verbuigen. Zo kan handig via het 3D printen een met de tijd veranderbaar object worden gerealiseerd.

De werkelijke Transformers?

Uiteraard zal het nog wel een tijd duren voordat het 3D geprinte materiaal grootschalig als vervormbaar materiaal wordt ingezet. De laatste ontwikkelingen op dit gebied – ontwikkeld door MIT – geven een groot potentieel voor toekomstige vorming en vervormbaarheid van objecten en machines. Denk aan het toepassen binnen de ruimtevaart. Het bouwpakket wordt eerst met een shuttle buiten de dampkring gebracht, waarna het onder invloed van zonnestraling de transformatie ondergaat. Strikt genomen kan op die manier iedere vorm of object als losse strengen worden vervoerd, echter eindigen als een compleet getransformeerd werkbaar object. Uiteraard zal deze visie nog een tijdje duren, echter de mogelijkheid zit er aan te komen.

Lees verder

• Menselijke organen reproduceren met de 3D printer
• Wat houdt rapid prototyping in, om prototypen te maken?