En linje är det kortaste avståndet mellan två punkter, men "A-linje, "ett 4-D-utskriftssystem utvecklat vid Carnegie Mellon University, tar en mer omständlig väg. En-dimensionell, "linje"-formade plaststrukturer tillverkade med A-line-systemet kan böjas, viker och vrider sig själva till förutbestämda former när de utlöses av värme.

3-D-printade objekt som senare ändrar form är själva definitionen av 4-D-utskrift. Men processen får speciella egenskaper när föremålen får plats genom trånga öppningar. En stav insatt genom en smal flaskhals, till exempel, kan förvandlas till en krok för att fiska upp ett föremål ur flaskan. Eller en lång, ett tunt fäste som sätts in genom hål i stolens säte kan låsa ett stolsben på plats.

A-line-metoden kan också vara användbar för att göra kompatibla enheter, såsom spiralfjädrar och pincett. Dessa är svåra att producera i slutlig form med en 3D-skrivare, men kan lätt tryckas som stavar som antar slutlig form när de doppas i varmt vatten.

Att göra pinnar som förvandlas till nya föremål är en bedrift som Lining Yao, biträdande professor vid CMU:s Human-Computer Interaction Institute, och hennes kollegor i Morphing Matter Lab har åstadkommit med hjälp av en vanlig, 3D-skrivare av hobbytyp och en enda typ av termoplastmaterial.

"Det är inte att skriva ut raden som är svårt, men det är att utveckla mjukvaruverktyget som gör att du kan designa, simulera och tillverka linjen, " förklarade Yao.

Gruppen använde polymjölksyra, eller PLA – det vanligaste materialet som används i 3D-utskrift – för att producera sina föremål. PLA krymper som reaktion på värme längs den riktning som den trycktes, sa Guanyun Wang, en postdoktor i Morphing Matter-labbet. Det gör det möjligt att kontrollera hur ett objekts form kommer att förändras baserat på avståndet mellan aktiva och passiva segment, tjockleken på segmenten och på utskriftsriktningen för varje segment, han förklarade.

A-line-plattformen som utvecklats av Yaos team inkluderar ett bibliotek med åtta böjningsriktningar som kan kombineras för att producera enkla eller komplexa geometrier. Den innehåller också ett anpassat designverktyg för att hjälpa användare att kombinera dessa olika typer av böjar för att uppnå önskade former.

Ye Tao, en gästforskare vid HCII från Zhejiang University, sa att laget utlöste böjningen genom att sänka ner de konstruerade pinnarna i vatten som värmdes upp till cirka 170 grader Fahrenheit. Morphing kan också utlösas av en värmepistol, med inbäddad kolfiber för resistiv uppvärmning eller med ånga via ihåliga kanaler i stickorna.

Som med andra 4-D-tryckta objekt, en fördel med A-line stängerna är att de kan skickas som ett platt paket och triggas på plats för att bli tältstöd, stolsramar eller skulpturer. Men Yao föreställer sig några applikationer som är speciella för linjeformade objekt. Genom att använda elektriska fältkänsliga hydrogeler istället för PLA, till exempel, det kan vara möjligt att utveckla en biokompatibel linje som en kirurg kan slingra genom trånga kroppsutrymmen och på distans förvandla till kirurgisk pincett. Genom att kontrollera elektriska fält, det kan också vara möjligt att styra pincettrörelsen.

"Genom detta arbete, vi hoppas kunna utöka designutrymmet för 4-D-utskriftsteknik, " sa Yao. "Vi uppmuntrar designers att tänka på ytterligare nya användningsområden för A-line."

En forskningsartikel som beskriver A-Line presenterades tidigare i år på CHI 2019, Association for Computing Machinerys konferens om mänskliga faktorer i datorsystem.