Cos'è la stampa 4D?

Jul 29, 2023

La stampa 4D è il processo di creazione di oggetti stampati in 3D che possono trasformarsi nel tempo in base a stimoli specifici, come l’esposizione all’aria, all’acqua o al calore.

La stampa 4D è un processo in cui gli oggetti stampati in 3D sono programmati per trasformarsi autonomamente nel tempo in risposta a stimoli ambientali, come il calore o la luce.

Pensa a mobili autonomi e autoassemblanti consegnati in pacchi piatti; edifici che si costruiscono da soli; sistemi di tubazioni sotterranee rigenerative; organi funzionali e pronti per la stampa.

O forse, durante una curiosa ricerca su Google, hai visto un tessuto curvo a forma di onda sinusoidale arricciarsi in qualcosa che ricorda una poltrona dell'era brutalista o la miniatura della Torre Eiffel di un trucco in gelatina diventato flaccido, riprendendo forma quando esposto al calore.

In ogni caso, questi potenti oggetti in trasformazione sono i rendering della stampa 4D, che introduce proprietà di autoattivazione nel processo di stampa 3D.

La stampa 4D crea materia programmabile e autoassemblante progettata per trasformarsi temporalmente, fabbricando una sorta di origami attivo. Il termine 4D o quarta dimensione sta essenzialmente per tempo e descrive in dettaglio l'effetto del tempo sull'oggetto stampato.

“Con la stampa 4D, gli oggetti possono essere stampati con caratteristiche extra che consentono loro di cambiare forma o funzione nel tempo”, ha affermato Xinyi Xiao, assistente professore di ingegneria meccanica e manifatturiera presso l’Università di Miami. "Questo potrebbe essere utilizzato per creare oggetti in grado di adattarsi al loro ambiente o addirittura di autoripararsi."

Nei progetti di stampa 4D, i rendering stampati in 3D sono fondamentalmente realizzati in modo da dipendere dal tempo. Una volta completamente fabbricati, questi rendering possono trasformarsi in risposta agli stimoli ambientali con cui interagiscono.

I materiali intelligenti e mutaforma che compongono gli articoli stampati in 4D reagiscono a un catalizzatore – come calore, acqua, luce, vento o elettricità – sulla base di una serie di istruzioni scritte nella loro codifica geometrica. Possono allungarsi, piegarsi, raggrinzirsi, piegarsi, torcersi o addirittura disintegrarsi una volta attivati. Qualsiasi cosa, dal legno alla gomma, può essere stratificata con materiali che rispondono agli stimoli. Lo scopo di questa pratica è scoprire nuove proprietà e manipolare oggetti senza intervento umano o meccanico.

Questo è il punto. Skylar Tibbits, fondatore e direttore della ricerca del Self-Assembly Lab del Massachusetts Institute of Technology, ha descritto l’obiettivo della stampa 4D – creare tecnologia senza motore, wireless e senza energia – quando ha coniato per la prima volta il termine durante un Ted Talk nel 2013.

"Quello che stiamo veramente cercando di realizzare sono robot senza robot", ha detto Tibbits a Fast Company. "Vogliamo progettare materiali che possano trasformarsi se esposti all'energia, ma che non richiedano necessariamente circuiti stampati, componenti elettronici o altre parti mobili per funzionare."

"La stampa [quadridimensionale] ha molte potenziali aree di applicazione influenti", ha affermato Xiao, elencando come casi d'uso la medicina, l'elettronica flessibile, i robot morbidi e persino i mobili.

Ad esempio, l’inchiostro conduttivo può essere utilizzato per costruire dispositivi elettronici, ha affermato. Questo processo, tuttavia, è vincolato su superfici planari. Adattando il comportamento di cambiamento di forma disponibile in 4D, è possibile sviluppare componenti elettronici più complicati.

Secondo il sito di notizie di nicchia 3Dprint.com, i settori aerospaziale, automobilistico, dell’abbigliamento, dell’edilizia, militare, sanitario e manifatturiero sono i settori all’avanguardia che esplorano lo spazio 4D.

La vera meraviglia di questa tecnologia risiede nel suo potenziale di orizzonte lontano. Il successo odierno della stampa di una sedia semplice e auto-pieghevole ha spinto ricercatori e appassionati di 4D a sognare impianti medici adattivi ed edifici autocostruiti.

"La stampa [quadridimensionale] è ancora nelle sue fasi iniziali", ha osservato Xiao, i cui sforzi di ricerca sono attualmente concentrati sul controllo di qualità nella produzione additiva, basata sia in 3D che in 4D, inclusa la padronanza della struttura e del design auto-morfosi. "Ma è una tecnologia entusiasmante che ha il potenziale per cambiare il modo in cui produciamo gli oggetti. Rimanere creativi è fondamentale affinché le persone possano reimmaginare la linea di produzione dal digitale al fisico."