Négydimenziós nyomtatással kísérleteznek az USA egyik neves kutatóegyetemén, a Georgia Institute of Technologyn (Georgia Tech). Speciális anyagokból hoznak létre 3D-s nyomtatással olyan struktúrákat, melyek képesek idővel az alakváltásra.

Igény lenne rá

Az igény az űrkutatásban fogalmazódott meg. A NASA régóta keresi a megoldást arra, hogy minél több anyagot, eszközt tudjon feljuttatni az űrbe gazdaságosan egy űrhajóval. Mivel ott kritikus a méret, a kutatók egyik kiemelt feladata, hogy minél kisebbre lehessen zsugorítani az eszközöket. E miniatürizálás azonban sokszor a használhatóság rovására is megy.

A Georgia Tech egy kutatócsoportja most talált erre megoldást: a 4D-s nyomtatást. Az alapeszköz továbbra is egy 3D-s nyomtató, a negyedik dimenzió pedig arra utal, hogy a nyomtatóval létrehozott tárgyba egyfajta memóriát is "belenyomtatnak", és amikor az adott tárgy eljut oda, ahol fel akarják használni, elnyeri végső formáját, például többszörösére tágul. Mivel az anyag memóriája emlékszik, képes is visszatérni eredeti állapotába.

Az is nagyon fontos kritérium, hogy a szerkezet nagyon könnyű, ugyanakkor rendkívül szilárd legyen. Ehhez egy már több helyen – például az építészetben is – alkalmazott elvet, a tenszegritást hívták segítségül a kutatók. A Buckminster Fuller amerikai építész által bevezetett fogalmat, amely a feszültség (tension) és az integritás (integrity) szó összevonásából származik, olyan szerkezetekre használják, melyek stabilitását a merev és nem merev alkotóelemeik közötti feszültség biztosítja. A módszert az építészetben már az 1960-as évek óta alkalmazzák nagyobb szerkezetekre is. Ilyen elven épült például az ausztráliai Brisbane-ben működő Kurilpa gyalogos híd vagy a szöuli olimpiai stadion tetőszerkezete is.

Minden elemet nyomtatnak

A szerkezetnek mind a merev részeit, mind az azokat összkapcsoló kötélzetet 3D nyomtatással állítják elő speciális polimerekből. A konstrukció hő hatására nyeri el funkcionális formáját, de mivel a szerkezetben merev elemei (a rudak) képesek emlékezni az eredeti állapotukra, bármikor újra "össze lehet csukni" a létrehozott formát.
 

A módszer működik (lásd a videót), de a továbblépéshez több problémát is meg kell oldani. Ezek egy része további anyagtudományi kutatásokat igényel, mivel a többszöri transzformáció során az anyag gyorsan fárad. A másik megoldandó probléma, hogy az átalakulás sebességét is szabályozhatóvá kell tenni valamilyen módon, mivel bonyolultabb szerkezeteknél a túl gyors átalakulásnál összekuszálódhatnak az elemek kötései.

Ha módszert sikerül tökéletesíteni, az űrkutatáson túl az orvosi robotikában is komoly szerepet kaphat.