Onderzoekers van de Carnegie Mellon University hebben een goedkope 3D-printer gebruikt om platte plastic voorwerpen te maken die, bij verhitting, vouwen zichzelf in vooraf bepaalde vormen, zoals een roos, een boot of zelfs een konijn.

Voering Yao, universitair docent bij het Human-Computer Interaction Institute en directeur van het Morphing Matter Lab, zei dat deze zelfvouwende plastic objecten een eerste stap zijn in de richting van producten zoals flatpack-meubels die hun definitieve vorm aannemen met behulp van een warmtepistool. Noodopvangplaatsen kunnen ook plat worden vervoerd en in vorm worden gevouwen onder de warmte van de zon.

Zelfvouwende materialen zijn sneller en goedkoper te produceren dan massieve 3D-objecten, waardoor het mogelijk wordt om niet-kritieke onderdelen te vervangen of prototypes te maken met behulp van structuren die de vaste objecten benaderen. Met deze materialen kunnen op goedkope wijze mallen voor bootrompen en andere glasvezelproducten worden gemaakt.

Yao zal het onderzoek van haar groep naar deze methode presenteren, die ze Thermorph noemt, op CHI 2018, de conferentie over menselijke factoren in computersystemen, 21-26 april in Montréal, Canada.

Andere onderzoekers hebben zelfvouwende materialen onderzocht, maar hebben meestal exotische materialen gebruikt of waren afhankelijk van geavanceerde verwerkingstechnieken die niet algemeen beschikbaar zijn. Yao en haar onderzoeksteam waren in staat om een ​​zelfvouwende structuur te creëren door gebruik te maken van het goedkoopste type 3D-printer - een FDM-printer - en door gebruik te maken van kromtrekken, een veelvoorkomend probleem met deze printers.

"We wilden zien hoe zelfassemblage democratischer kan worden gemaakt - toegankelijk voor veel gebruikers, ' zei Yao.

FDM-printers werken door een doorlopend filament van gesmolten thermoplast te leggen. Deze materialen bevatten restspanning en, als het materiaal afkoelt en de spanning wordt verlicht, de thermoplast heeft de neiging om samen te trekken. Dit kan leiden tot kromgetrokken randen en oppervlakken.

"Mensen hebben een hekel aan kromtrekken, "Zei Yao. "Maar we hebben van dit nadeel gebruik gemaakt en het in ons voordeel omgezet."

Om zelfvouwende objecten te maken, zij en haar team beheersen dit proces nauwkeurig door de snelheid waarmee thermoplastisch materiaal wordt afgezet te variëren en door kromtrekkende materialen te combineren met rubberachtige materialen die contractuur weerstaan.

De objecten komen uit de 3D-printer als plat, hard plastic. Wanneer het plastic in water wordt geplaatst dat heet genoeg is om het zacht en rubberachtig te maken, maar niet heet genoeg om het te smelten, wordt het vouwproces geactiveerd.

Hoewel ze een 3D-printer met standaard hardware gebruikten, de onderzoekers vervingen de open source-software van de machine door hun eigen code die automatisch de afdruksnelheid en patronen berekent die nodig zijn om bepaalde vouwhoeken te bereiken.

"De software is gebaseerd op een nieuwe curve-vouwtheorie die bandbewegingen van een gebogen gebied weergeeft. De software op basis van deze theorie kan elke willekeurige 3D-maasvorm in een paar seconden compileren naar een bijbehorende thermoplastische plaat zonder menselijke tussenkomst, " zei Byoungkwon An, een onderzoeksfiliaal in HCII.

"Het is moeilijk voor te stellen dat dit handmatig wordt gedaan, ' zei Yao.

Hoewel deze vroege voorbeelden op desktopschaal zijn, het maken van grotere zelfvouwende objecten lijkt haalbaar.

"Wij geloven dat het algemene algoritme en de bestaande materiaalsystemen ons in staat moeten stellen om uiteindelijk grote, sterke zelfvouwende objecten, zoals stoelen, boten of zelfs satellieten, " zei Jianzhe Gu, HCII onderzoeksstagiair.