Tänk dig att få dina gardiner förlängda eller indragna automatiskt utan att behöva lyfta ett finger. Vändbar 4-D-utskriftsteknik kan göra dessa "smarta gardiner" till verklighet utan att använda sensorer eller elektriska enheter, och istället förlita sig på de förändrade värmenivåerna under dagen för att ändra dess form.

Fyrdimensionell utskrift avser i huvudsak 3D-tryckta föremåls förmåga att ändra form över tiden som svar på värme eller vatten, till exempel, medan reversibilitetsaspekten gör att den kan återgå till sin ursprungliga form. Dock, för att den ska byta tillbaka till sin ursprungliga form krävs vanligtvis manuell sträckning eller dragning av föremålet, vilket kan vara mödosamt och tidskrävande.

Under de senaste åren har det har varit framgångsrika genombrott i studien av reversibel 4-D-utskrift, där föremålet återställer sin ursprungliga form utan mänskligt ingripande. Att uppnå reversibel 4-D-utskrift innebär vanligtvis användning av hydrogel som stimulans. Eftersom hydrogel saknar mekanisk styrka, den utgör en begränsning när den används för bärande applikationer. På samma gång, annat forskningsarbete som använde olika materiallager som ett alternativ till hydrogel gjorde bara proceduren för att möjliggöra reversibel aktivering mer tråkig.

För att hantera dessa utmaningar, forskare från Singapore University of Technology and Design samarbetade med Nanyang Technological University för att utveckla reversibel 4-D-utskrift utan behov av hydrogel eller mänsklig interaktion. Deras uppsats har publicerats i Teknik .

Detta forskningsarbete använde endast två material, VeroWhitePlus och TangoBlackPlus, som var lättare tillgängliga och kompatibla för utskrift i en 3-D polyjet-skrivare jämfört med hydrogel. Forskarna bevisade också i sitt papper att materialen kunde behålla betydande mekanisk hållfasthet under och efter aktivering.

Processen bestod av svullnad av elastomer med etanol för att ersätta funktionen av hydrogelsvällning för att inducera spänning på övergångsmaterialet. Vid uppvärmning, övergångsmaterialet ändrar sin form till en andra form. Efter att etanolen torkat ur elastomeren, uppvärmning av övergångsmaterialet återställer sin ursprungliga form, när elastomeren drar tillbaka övergångsmaterialet på grund av elastisk energi lagrad i den efter torkning.

Elastomeren spelar en dubbel funktion i denna process, både att framkalla stress i programmeringssteget och lagra elastisk energi i materialet under återhämtningssteget. Denna process har också visat sig vara mer exakt när materialet återgår till sin ursprungliga form jämfört med manuellt töjning eller framkallande av stress. Även om detta tillvägagångssätt fortfarande är i sin linda, denna banbrytande utveckling kan ge en mängd olika applikationer i framtiden när fler mekanismer och mer material blir tillgängliga för utskrift.

"Även om reversibel 4-D-utskrift i sig är ett stort framsteg, att kunna använda ett mer robust material och samtidigt säkerställa en mer exakt vändning under formändring är revolutionerande, eftersom det tillåter oss att producera komplexa strukturer som inte lätt kan uppnås genom konventionell tillverkning. Genom att förlita sig på miljöförhållanden istället för el, det representerar en spelväxlare inom olika branscher, helt förändrar vårt sätt att designa, skapa, paketera och skicka produkter, "sade professor Chua Chee Kai, ledande forskare och chef för teknisk produktutveckling i SUTD.