Een lijn is de kortste afstand tussen twee punten, maar "A-lijn, " een 4D-printsysteem ontwikkeld aan de Carnegie Mellon University, neemt een meer omslachtige route. Eendimensionaal, "lijn"-vormige kunststof constructies geproduceerd met het A-line systeem kunnen buigen, vouwen en draaien zichzelf in vooraf bepaalde vormen wanneer ze worden geactiveerd door hitte.

3D-geprinte objecten die later van vorm veranderen, zijn de definitie van 4D-printen. Maar het proces krijgt speciale eigenschappen wanneer de objecten door nauwe openingen passen. Een staaf die door een smalle bottleneck wordt gestoken, bijvoorbeeld, kan veranderen in een haak om een ​​voorwerp uit de fles te vissen. Of een lange, dunne sluiting die door gaten in de zitting van een stoel wordt gestoken, kan een stoelpoot op zijn plaats vergrendelen.

De A-lijnmethode kan ook nuttig zijn bij het maken van compatibele apparaten, zoals spiraalveren en pincetten. Deze zijn moeilijk in definitieve vorm te produceren met een 3D-printer, maar kunnen gemakkelijk worden afgedrukt als staven die hun definitieve vorm aannemen wanneer ze in heet water worden gedompeld.

Het maken van stokken die veranderen in nieuwe objecten is een prestatie die Lining Yao, universitair docent bij het Human-Computer Interaction Institute van CMU, en haar collega's in het Morphing Matter Lab hebben dit bereikt met een gewone, 3D-printer voor hobbyisten en een enkel type thermoplastisch materiaal.

"Het is niet moeilijk om de lijn af te drukken, maar het ontwikkelt de softwaretool waarmee u kunt ontwerpen, simuleren en fabriceren van de lijn, ' legde Yao uit.

De groep gebruikte polymelkzuur, of PLA - het meest gebruikte materiaal bij 3D-printen - om hun objecten te produceren. PLA krimpt als reactie op warmte in de richting waarin het is gedrukt, zei Guanyun Wang, een postdoctoraal onderzoeker in het Morphing Matter-lab. Dat maakt het mogelijk om te bepalen hoe de vorm van een object zal veranderen op basis van de afstand tussen actieve en passieve segmenten, de dikte van segmenten en op de afdrukrichting van elk segment, hij legde uit.

Het door Yao's team ontwikkelde A-line platform omvat een bibliotheek van acht buigrichtingen die kunnen worden gecombineerd om eenvoudige of complexe geometrieën te produceren. Het bevat ook een op maat gemaakte ontwerptool om gebruikers te helpen deze verschillende soorten bochten te combineren om de gewenste vormen te bereiken.

jij Tao, een gastonderzoeker aan de HCII van de Zhejiang University, zei dat het team het buigen veroorzaakte door de gemanipuleerde stokken onder te dompelen in water dat tot ongeveer 170 graden Fahrenheit was verwarmd. Morphing kan ook worden geactiveerd door een warmtepistool, met ingebedde koolstofvezel voor resistieve verwarming of met stoom via holle kanalen in de stokken.

Net als bij andere 4D-geprinte objecten, een voordeel van de A-line hengels is dat ze als een plat pakket kunnen worden verzonden en ter plaatse kunnen worden geactiveerd om tentsteunen te worden, stoelframes of sculpturen. Maar Yao voorziet enkele toepassingen die eigen zijn aan lijnvormige objecten. Door gebruik te maken van hydrogels die reageren op een elektrisch veld in plaats van PLA, bijvoorbeeld, het zou mogelijk zijn om een ​​biocompatibele lijn te ontwikkelen die een chirurg door nauwe lichaamsruimten zou kunnen slingeren en op afstand in een chirurgisch pincet zou kunnen veranderen. Door elektrische velden te controleren, het is misschien ook mogelijk om de pincetbeweging te regelen.

"Door dit werk we hopen de ontwerpruimte van 4D-printtechnologie te vergroten, " zei Yao. "We moedigen ontwerpers aan om na te denken over aanvullende nieuwe toepassingen van A-line."

Een onderzoekspaper waarin A-Line wordt beschreven, werd eerder dit jaar gepresenteerd op CHI 2019, de Association for Computing Machinery's conferentie over menselijke factoren in computersystemen.