Stelt u zich eens voor dat uw gordijnen automatisch worden uit- of ingeschoven zonder dat u een vinger hoeft op te tillen. Omkeerbare 4D-printtechnologie zou deze 'slimme gordijnen' werkelijkheid kunnen maken zonder het gebruik van sensoren of elektrische apparaten, en vertrouw in plaats daarvan op de veranderende warmteniveaus in de loop van de dag om van vorm te veranderen.

Vierdimensionaal printen verwijst in wezen naar het vermogen van 3D-geprinte objecten om in de loop van de tijd van vorm te veranderen als reactie op hitte of water, bijvoorbeeld, terwijl het omkeerbaarheidsaspect het mogelijk maakt om terug te keren naar zijn oorspronkelijke vorm. Echter, om het terug te laten veranderen naar zijn oorspronkelijke vorm, is meestal het handmatig uitrekken of trekken van het object vereist, wat omslachtig en tijdrovend kan zijn.

In recente jaren, er zijn succesvolle doorbraken geweest in de studie van omkeerbaar 4D-printen, waarin het object zijn oorspronkelijke vorm terugkrijgt zonder menselijke tussenkomst. Het bereiken van omkeerbaar 4D-printen omvat meestal het gebruik van hydrogel als stimulus. Omdat hydrogel geen mechanische sterkte heeft, het vertegenwoordigt een beperking bij gebruik voor dragende toepassingen. Tegelijkertijd, ander onderzoekswerk waarbij verschillende materiaallagen werden gebruikt als alternatief voor hydrogel, maakte de procedure om omkeerbare activering mogelijk te maken alleen maar vervelender.

Om deze uitdagingen aan te gaan, onderzoekers van de Singapore University of Technology and Design werkten samen met Nanyang Technological University om omkeerbaar 4D-printen te ontwikkelen zonder de noodzaak van hydrogel of menselijke interactie. Hun paper is gepubliceerd in Engineering .

Dit onderzoekswerk gebruikte slechts twee materialen, VeroWhitePlus en TangoBlackPlus, die gemakkelijker beschikbaar en compatibel waren voor afdrukken in een 3D-polyjetprinter in vergelijking met hydrogel. De onderzoekers bewezen in hun paper ook dat de materialen tijdens en na activering een aanzienlijke mechanische sterkte konden behouden.

Het proces bestond uit het zwellen van elastomeer met ethanol om de functie van hydrogelzwelling om spanning op het overgangsmateriaal te induceren, te vervangen. Bij verhitting, het overgangsmateriaal verandert zijn vorm in een tweede vorm. Nadat de ethanol uit het elastomeer is gedroogd, verhitting van het overgangsmateriaal herstelt zijn oorspronkelijke vorm, omdat het elastomeer het overgangsmateriaal terugtrekt vanwege de elastische energie die erin is opgeslagen na het drogen.

Het elastomeer speelt een dubbele functie in dit proces, zowel het induceren van stress in de programmeerfase als het opslaan van elastische energie in het materiaal tijdens de herstelfase. Dit proces is ook nauwkeuriger gebleken wanneer het materiaal terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm in vergelijking met handmatig uitrekken of het induceren van spanning. Hoewel deze benadering nog in de kinderschoenen staat, deze baanbrekende ontwikkeling zou in de toekomst een breed scala aan toepassingen kunnen bieden wanneer er meer mechanismen en meer materialen beschikbaar komen om te printen.

"Hoewel omkeerbaar 4D-printen op zich al een grote vooruitgang is, het gebruik van een robuuster materiaal en tegelijkertijd een preciezere omkering tijdens vormverandering is revolutionair, omdat het ons in staat stelt om complexe structuren te produceren die niet gemakkelijk kunnen worden bereikt door conventionele fabricage. Door te vertrouwen op omgevingsfactoren in plaats van op elektriciteit, het vertegenwoordigt een game changer in verschillende industrieën, de manier waarop we ontwerpen volledig veranderen, creëren, producten verpakken en verzenden, " zei professor Chua Chee Kai, hoofdonderzoeker en hoofd technische productontwikkeling bij SUTD.