Nieuwe 4d-printmethode kan objecten creëren die bij hitte van vorm veranderen

Onderzoekers van onder meer het Georgia Institute of Technology hebben een 3d-printmethode ontwikkeld waarmee objecten kunnen worden gemaakt die blijvend kunnen transformeren zodra ze worden blootgesteld aan hitte.

De onderzoekers hebben verschillende objecten met 3d-printers gemaakt, die van vorm veranderen zodra ze in heet water worden gelegd. Dit proces waarbij 3d-geprinte objecten van vorm kunnen veranderen via een verandering in de omgeving, zoals een stijgende temperatuur, staat bekend als 4d-printen. De naam is afkomstig uit andere disciplines, waar tijd geldt als vierde dimensie. De vormverandering vindt plaats gedurende het verloop van een bepaalde tijd.

Het gebruikte materiaal bestaat uit shape memory polymers. Dit zijn 'slimme' polymeren die als het ware zijn geprogrammeerd om hun oorspronkelijke vorm te onthouden. Als het object dat uit deze polymeren bestaat wordt verbogen, kan het na een hogere temperatuur weer zijn oorspronkelijke vorm aannemen. Ook een andere zuurgraad, toevoegen van chemicaliën of het gebruik van licht kan dit effect teweegbrengen.

De door de onderzoekers gebruikte polymeren hebben zowel zachte als harde elementen en kunnen een elastische werking vertonen bij bijvoorbeeld een veranderende temperatuur. Op kamertemperatuur is de tijdelijk geprinte vorm redelijk stijf. Zodra de temperatuur stijgt naar 45 graden is het materiaal in staat om te buigen en kan het object aldus van vorm veranderen.

Het proces van 4d-printen vergt ofwel het gebruik van hydrogel of shape memory polymers. Nadeel van het gebruik van hydrogels is dat de geprinte objecten minder goed hun structuur kunnen behouden door een relatief minder grote stijfheid. Daarnaast is het proces van het van vorm veranderen relatief traag en is de structuur van de 3d-geprinte objecten niet heel stabiel. Door gebruik te maken van de complexere shape memory polymers worden deze nadelen grotendeels weggenomen.

Bij eerdere 4d-printprocessen konden de geprinte objecten slechts tijdelijk van vorm veranderen; de geprinte vorm was bedoeld als permanente vorm. Bij de nieuwe printmethode van de onderzoekers is dit omgedraaid: het object, zoals het uit de printer komt, is bedoeld om tijdelijk zijn vorm aan te houden, waarbij de nieuwe veranderde geprogrammeerde vorm een permanent karakter heeft.

Volgens de onderzoekers is hiermee het proces van 4d-printen aanzienlijk versimpeld. Een van de onderzoekers zegt dat hun nieuwe methode, in vergelijking met meer traditionele 4d-printtechnologieën, een snelheidswinst en materiaalbesparing van 90 procent oplevert De verschillende lagen en componenten van de objecten die uit shape memory polymers bestaan, zijn binnen een minuut te printen. Een nadeel van de technologie die de onderzoekers hebben gebruikt, is dat het nu nog niet mogelijk is om het geprinte object na een vormverandering weer terug te laten veranderen in de oorspronkelijk geprinte vorm.

Voor de ruimte- en luchtvaart kan dit belangrijke nieuwe toepassingen opleveren, zoals vleugels die van vorm kunnen veranderen. Daarnaast kan het ook voor tal van biomedische toepassingen worden gebruikt. Zo kunnen biologisch afbreekbare hechtingen ervoor zorgen dat een tweede operatie om interne hechtingen te verwijderen overbodig is, omdat de hechtingen onder omstandigheden automatisch oplossen. Stents die gemaakt zijn met de polymeren kunnen op basis van de lichaamstemperatuur bloedvaten meer of minder openen. Het materiaal kan ook in kleding worden gebruikt, bijvoorbeeld in pakken voor zeevaarders, waarbij het materiaal verandert op basis van temperatuurschommelingen en zodoende de lichaamswarmte beter constant kan houden.

Het onderzoek is mede gefinancierd door het wetenschappelijk onderzoeksbureau van de Amerikaanse luchtmacht, de Amerikaanse National Science Foundation en de Singapore National Research Foundation.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

Reacties (51)

[himlims_]

Dit proces waarbij 3d-geprinte objecten van vorm kunnen veranderen via een verandering in de omgeving, zoals een stijgende temperatuur, staat bekend als 4d-printen.
kan iemand mij het labeltje '4D' verklaren? in filmpje lullen ze ook gewoon over 3D
(proeft mij meer als marketing term )

[Reactie gewijzigd door himlims_ op 26 juli 2024 07:02]

[ath92]

https://www.ted.com/talks..._emergence_of_4d_printing

Deze TED talk wordt gelinkt in één van de bronartikelen, en geeft een goede uitleg over het concept.

[SSDtje]

En om je reactie enigszins aan te vullen, een korte video met uitleg erbij.
Hierin wordt ook gelijk een toepassing van een 4D geprint object behandeld, ook wel prettig / handig
Klik
En bij deze ook het gehele artikel van de heer uit deze video:
Klik

[Reactie gewijzigd door SSDtje op 26 juli 2024 07:02]

[janbaarda]

Ja, nu kun je eindelijk met je 3D printer een schoener in een fles printen:

• bootje printen (plat)
• door flessenhals duwen
• warmwater toevoegen - bootje zet uit, masten overeind)
• water er uitgieten
• en klaar is Kees!

[SSDtje]

Wat je in je hier in je reactie aanhaalt kan nu blijkbaar inderdaad.
Ook leuk van je bedacht, ik was er zelf nooit opgekomen

[Reactie gewijzigd door SSDtje op 26 juli 2024 07:02]

[Kijoki]

Een nadeel van de technologie die de onderzoekers hebben gebruikt is het nu nog niet mogelijk is om het geprinte object na een vormverandering weer terug te laten veranderen in de oorspronkelijke geprinte vorm.

Dan heb jij het artikel niet goed gelezen want ze zeggen toch echt wel dat het bootje gewoon in zijn nieuwe vorm blijft...

[SSDtje]

Oké, dan is het principe uit de video waar ik in mijn eerste reactie naar gelinkt heb, toch net iets anders blijkbaar.
Aangezien, wanneer ik de heer uit de video goed begrijp, zij met eenzelfde soort techniek een klep hebben kunnen printen, die bij een bepaalde temperatuur vloeistof, dicht gaat, en bij een andere temperatuur vloeistof, net zo mooi weer open gaat staan.
En dat kan dus ook prima een vloeistof zijn op kamertemperatuur, zolang het maar in elk geval vloeistoffen zijn op twee verschillende temperaturen, wil je dit mogelijk maken.
Wat maakt dat als er vloeistof op kamertemperatuur doorloopt/langsloopt, deze klep open gaat staan, en bij een vloeistof op andere temperatuur juist weer dicht, of andersom.

Ik bedoel wat heb je aan een klep, als i maar één keer open of dicht kan / gebruikt kan worden.
Vrij weinig denk ik, tenzij dat de bedoeling is natuurlijk.
Maar dan is het geen klep meer, maar een stuk plastic om iets definitief mee af te sluiten, of openen te zetten.

En dit principe werkt overigens niet alleen met vloeistoffen op verschillende temperaturen, maar ook met lucht van verschillende temperaturen.

Maar goed, kan het mis hebben natuurlijk, maar begreep dit er toch echt uit, je hoort het de heer uit de video toch duidelijk zo verwoorden namelijk.
Al kan het natuurlijk ook zo zijn dat zij met een ander soort "plastic" printen, wat het terugkeren in originele staat mogelijk maakt.
Maar goed, het blijft een mooie techniek natuurlijk, ook als het niet in originele staat kan terugkeren.

[Reactie gewijzigd door SSDtje op 26 juli 2024 07:02]

[Stijn Weijters]

Dat lijkt me toch de bedoeling met een flessenbootje.

[SCiENTiST]

Andersom werkt wel, bootje dat plat wordt met warm water.

[Marty007]

Of gewoon de fles ook printen

[Verwijderd]

kan iemand mij het labeltje '4D' verklaren?

'Dimensies' zijn, heel algemeen, parameters waarmee je een object beschrijft. In het dagelijks spraakgebruik denken we daarbij vaak aan de 'traditionele' dimensies zoals ze ook in de wiskunde en natuurkunde gebruikt worden (lengte, breedte, diepte en tijd; maar in de wiskunde is het aantal mogelijke dimensies in principe onbeperkt), maar dat zijn niet de enige manieren om 'dimensie' te gebruiken. Je kunt bijvoorbeeld ook 'massa' als dimensie gebruiken, en computers kunnen werken met arrays met honderden 'dimensies', waarvan er niet eentje een ruimtelijke eigenschap beschrijft. Of denk aan een simpeler gebruik als bijvoorbeeld '4d-films', waarbij een effect als bewegende stoelen een 'extra dimensie' wordt genoemd.

In dit geval zijn er dus 4 eigenschappen die ertoe doen, namelijk de vorm (lengte-breedte-diepte) en de temperatuur. Strikt genomen is dat niet correct, omdat die eigenschappen niet onderling onafhankelijk zijn (de vorm is immers afhankelijk van de temperatuur, en de vorm is dan dus geen fundamentele eigenschap, want het kan beschreven worden als functie van de temperatuur), maar het op basis van temperatuur kunnen schakelen tussen vooraf bekende vormen is wel een fundamentele eigenschap, anders dan bijvoorbeeld een ijsblokje, waarbij dat niet kan; je kunt een gesmolten ijsblokje niet zelf op basis van temperatuur weer een blokje laten worden, daar heb je hulpmiddelen bij nodig.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 26 juli 2024 07:02]

[bbob]

Binnenkort dus een 5d en 6d en wie weet 20d printer.

3d is natuurlijk al hot en 4d wow wat is dat dus wat mij betreft meer modewoord en goed voor de marketing.

[EJlol]

Uit het artikel:

Dit proces waarbij 3d-geprinte objecten van vorm kunnen veranderen via een verandering in de omgeving, zoals een stijgende temperatuur, staat bekend als 4d-printen.

Edit: Reactie is nu inderdaad overbodig...

[Reactie gewijzigd door EJlol op 26 juli 2024 07:02]

[Gamehack]

Hij zegt dus dat hij het gebruik van '4D' niet snapt...

[watercoolertje]

En daarom quote EJlol een stukje uit het artikel wat uitlegt dat dat het over tijd kunnen veranderen bekend staat als 4D...

[EnigmaNL]

De vraag is waarom het bekend staat als 4D. Wat is de logica?

[watercoolertje]

Omdat de 3 dimensies over tijd (wat ook wel gezien word als de 4de dimensie) ook van vorm kan veranderen...

[PinusRigida]

"(wat ook wel gezien word als de 4de dimensie)"

dàt dus, physics 101... de nagel op de kop voor wat betreft de vierde dimensie.

[Kees]

Omdat de vorm van een normale 3d-print te beschrijven is in 3 eenheden. Hoogte, breedte en diepte.

Bij deze vormen is er echter nog een 4de factor, temperatuur. Om deze vorm te beschrijven zul je dus 4 eenheden moeten gebruiken, dus vandaar 4d printing.

[Gamehack]

Als hij al aangeeft dat hij de quote niet begrijpt.

[watercoolertje]

Dat heeft ie er later bij gezet, nadat EJlol zijn reactie heeft geplaatst...

[watercoolertje]

Ja alleen dat stond er dus niet. Is dat zo lastig te bevatten? Nu staat die quote er wel waardoor de discussie deze irritante wending krijgt. Helaas zijn er mensen niet doorhebben dat iemand zn post aan kan passen waardoor de uit zijn initiele post ontstane reacties in 1 klap raar of onlogisch overkomen en dat 3x achter elkaar uitgelegd moet worden...

[Reactie gewijzigd door watercoolertje op 26 juli 2024 07:02]

[himlims_]

reactie was binnen 3 sec. toegevoegd, opmerking marketing term is later

[r.and.r]

Ik denk dat ze hier met 4D bedoelen dat het object over de tijd van vorm kan veranderen.

[Verwijderd]

Dimensies kun je gewoon zien als variabelen.
Behalve lengte, breedte, hoogte en zoals hier ook temperatuur, zou je ook bijvoorbeeld kleur en massa als dimensies kunnen meenemen.
Alles wat object A van object B onderscheidt, of object A van object A op een ander moment, kun je als dimensie zien.

Het is geen marketing maar juist een hele technische manier van denken, alleen niet perse heel intuitief.

[g0tanks]

De vierde dimensie is niet per definitie tijd. In de wetenschap is het begrip dimensie een hele algemene term, zoals Verwijderd hier uitlegt. De vierde dimensie kan ook een extra ruimtelijke coördinaat zijn, zie bijvoorbeeld de Wikipedia-pagina over een hypercube. Een hypercube is het n-dimensionale equivalent van wat in 2D een vierkant is en in 3D een kubus. Dit is een animatie die de projectie laat zien in 3D van een roterend 4D hypercube: https://upload.wikimedia....a/commons/d/d7/8-cell.gif

[Dyon_R]

Dit staat er in het artikel;
Dit proces waarbij 3d-geprinte objecten van vorm kunnen veranderen via een verandering in de omgeving, zoals een stijgende temperatuur, staat bekend als 4d-printen.

Als een 3D object zich kan aan passen aan de omgeving, wordt het dus 4D genoemd. Zoals temperatuur.

Edit nav jouw edit: geen idee, misschien marketing inderdaad

[Reactie gewijzigd door Dyon_R op 26 juli 2024 07:02]

[TheOmen]

Moet je het gelinkte bericht even lezen:

Four-dimensional (4D) printing is a term that was recently coined (1) to describe the integration of 3D printing and active material technologies to realize printed components that can be switched between multiple configurations via an environmental stimulus, for example, heat or moisture (2–16).

[ledents]

2D is Hoogte & Breedte (vb Foto)
3D is Hoogte, Breedte en Diepte (vb Hologram)
4D is Hoogte, Breedte, Diepte & Tijd (Dit will zeggen dat de vorm over tijd kan veranderen !) (Vb: 3D film)

[Reactie gewijzigd door ledents op 26 juli 2024 07:02]

[supertheiz]

Om maar weer eens kabouter Wesley te citeren:

http://www.durkotheek.nl/...uterwesley_turboturbo.png

En wat is daar het praktisch nut van?

[MoietyMe]

Laatst nog een 4D spons gekocht, ding zette enorm uit toen ik het in het water gooide .

[Foxhound83]

Was het warm water?

[2green]

Een beetje tweaker zou dat dan aankondigen als 5d

Dus waarschijnlijk was het koud water.

[Reactie gewijzigd door 2green op 26 juli 2024 07:02]

[twilex]

Daar kunnen ze wel extra geld voor vragen, zulke hi-tech sponsen.

[Funnyface131]

Waar zou deze print techniek dan eigenlijk voor gebruikt kunnen worden, we zijn naar mijn idee nog niet ver genoeg ontwikkeld op het gebied van 3D printen. maar 4D printen heeft toch niet echt een industriële toevoeging als 3D printen van bepaalde onderdelen of zie ik het verkeerd?
3D printen wordt al gebruikt door verschillende fabrikanten maar voor 4D zou ik niet echt een doeleinde weten.

[Reactie gewijzigd door Funnyface131 op 26 juli 2024 07:02]

[Neko Koneko]

Je zou bijvoorbeeld een afsluitring kunnen maken die je na het plaatsen verhit waardoor hij uitzet en daarmee een koppeling luchtdicht afsluit, zullen vast nog wel andere mogelijkheden zijn

[Verwijderd]

Recycling, materiaal besparing.

[Verwijderd]

Popcorn bakken heet dus voortaan 4D printen

[TheUninvited]

Nee want popcorn verandert niet meer nadat het is gemaakt. Als ik het goed begrijp bedoelen ze met 4D objecten die je kan blijven vervormen. Dus speelklei bijvoorbeeld, je kan er vormpjes mee blijven vormen en terugbrengen naar de originele staat. Blijft een vage term om te gebruiken, want we kunnen toch geen 4e dimensie waarnemen.

[6129(15)]

Jawel we kunnen zeer zeker een 4de dimensie waarnemen, nl. tijd en slechts in 1 richting. Het 4D element in deze techniek slaat er dan ook op dat 1 object in een relatief korte tijdspanne meer vormen kan aannemen en natuurlijk oorspronkelijk is opgebouwd door een 3D-printer.

[Neko Koneko]

In de inleiding staat juist dat ze blijvend vervormen.

... een 3d-printmethode ontwikkeld waarmee objecten kunnen worden gemaakt die blijvend kunnen transformeren...

[TheUninvited]

Maar even later staat weer dat ze bij bepaalde omstandigheden opnieuw kunnen veranderen. Lijkt me sterk dat eenmalig een object van vorm veranderen de bedoeling is, want lijkt me dat dat al mogelijk was voorheen.

[livePulse]

Een nadeel van de technologie die de onderzoekers hebben gebruikt is het nu nog niet mogelijk is om het geprinte object na een vormverandering weer terug te laten veranderen in de oorspronkelijke geprinte vorm.

Lezen!

[Mr777]

Blijft een vage term om te gebruiken, want we kunnen toch geen 4e dimensie waarnemen.

Zeker nog nooit paddo's geprobeerd?

[Verwijderd]

Shape memory alloy? Metal Gear Solid, PAL card anyone?

[Verwijderd]

Leuk projectje. Niks bijzonders.

[twilex]

"De vormverandering vindt plaats gedurende het verloop van een bepaalde tijd."

eh..

"die van vorm veranderen zodra ze in heet water worden gelegd."

Weer zo'n nietszeggende opgeklopte turbo hype term: 4D-printen

Essentieel is hier niet de tijd maar de toegevoegde warmte.
En ja het verhaal is zo te verdraaien dat je het kunt voordoen als 4D.
Maar feitelijk zijn het niet meer dan warmte-vervormbare objecten.

Vanuit deze optiek is 3D printen ALTIJD 4D want er is een bepaalde tijd nodig om het object te printen en tijdens het verstrijken van de tijd veranderd het object dat wordt geprint van vorm. Duh

[Reactie gewijzigd door twilex op 26 juli 2024 07:02]

[Pyrone89]

Oke, ik kan je garanderen dat dit als eerste gaat verschijnen in de praktijk in de Formule 1.

Kunnen ze namelijk nog beter onderdelen maken die doorbuigen op een bepaald moment en niet bij de keuring.