4D-печать – новый фронт

Lumber room
Original author: Oliver Marks
image
Скайлар Тиббитс

Сегодня мы являемся свидетелями того, как новые невероятные материалы и промышленные методы изменяют базовые принципы дизайна, заимствуя методы нано- и биотехнологий, но уже на макроуровне.

Нынешнее поколение технологий трехмерной аддитивной печати ограничено несколькими видами пластмасс и мягких металлических материалов, из которых формируются изделия по CAD-файлам. Вот почему таким колоссальным потенциалом обладают четырехмерные технологии.

Достижения в нано- и биотехнологиях применяются на макроуровне: невероятные новые материалы можно программировать таким образом, чтобы они со временем изменяли форму. Ранее на этой неделе (прошлой – прим. пер.) я провел немного времени с Карлосом Олгуином (Carlos Olguin), главой группы бионанопрограммируемых материалов в Autodesk, а вчера пообщался со Скайларом Тиббитсом (Skylar Tibbits) из МТИ и Шелли Линор (Shelly Linor) и Дэниелом Диковски (Daniel Dikovsky) из Stratasys. Мне было интересно побольше узнать об этой новой индустрии, какие формы она принимает и вообще как все это работает.

Когда говорят о 4D-печати, под четвертым измерением понимают свойство материалов изменяться и мутировать в течение времени под воздействием воды, изменения температуры и/или воздуха с целью самосборки. Уже скоро форматы 4D-объектов получат свои API, с помощью которых дизайнеры смогут выбирать произвольные характеристики материалов, из которых создаются объекты. Затем они распечатываются с помощью точных химических калибровок, придающих им нужные свойства и функциональность.

imageПодобно движению самодельных компьютеров в 1970-х годах, приведшего к появлению DOS и первых персоналок, сегодняшний «четырехмерный» фронт (автором термина 4D в этом контексте является Скайлар Тиббитс) тоже состоит из очень любопытных участников. Компания Autodesk играет все более важную роль в науке о жизни, предоставляя дизайнерский инструментарий для работы в наномасштабе, основанный на ее же универсальных дизайнерских решениях в архитектуре и механике. И сегодня в Autodesk хорошо понимают, что микромир влияет на макромир. Исследования в области этого нового мира возглавляет научное сообщество, но оно сотрудничает с Autodesk и другими участниками с целью демократизации этого пространства. Это делается с помощью стандартов и API, которые будут использовать программисты и дизайнеры.

Stratasys работает в этой сфере с 1989 года, и здесь очень пригодились ее опыт в трехмерных принтерах, системах быстрого офисного прототипирования и решениях прямого цифрового производства. В конце прошлого года Stratasys объединилась с Objet Geometries. Сегодня эти две компании играют ключевую роль в производственных процессах. Organovo создает биологические 3D-принтеры: ее «биоплоттер» может формировать живую ткань из живых клеток, а со временем сможет «распечатывать» и целые органы. Сейчас Organovo сотрудничает с Autodesk над созданием ПО для 3D-дизайна. Все эти компании интересны и сами по себе, но в совокупности, объединив усилия, они создают просто невероятные инновации.

По словам Карлоса Олгуина из Autodesk, целью всей этой работы является демократизация данной сферы, чтобы обычные люди, без докторской степени по химии и науке о жизни, смогли в ней экспериментировать. Глобальный директор по образованию в Stratasys Шелли Линор рассказала мне о формате файлов стандарта XML ASTM F2915 (.amf) под названием «Аддитивное производство», который стандартизирует те свойства, с помощью которых Autodesk и другие смогут создавать свои дизайны. Этот файл описывает геометрические свойства объектов – как они используются для определения последовательностей и смесей материалов. Autodesk скоро запустит проект Cyborg, и уже сейчас можно загрузить программу для 3D-моделирования 123D.

image

Синергия и сотрудничество между этими компаниями и лабораторией Self Assembly в MIT во главе со Скайларом Тиббитсом и другими научными группами выявляют самые разные многообещающие области исследований. Но, пожалуй, наиболее интересным аспектом тенденции является прогресс в 4D-материалах, порождающих новые способы мышления. Саморемонтирующиеся джинсы из биологических материалов, плоская мебель в вакуумной упаковке, собирающая саму себя под воздействием атмосферы, объекты, собирающиеся и разбирающиеся в зависимости от температуры, – все это может казаться фантастикой, но в этих областях ведутся вполне реальные исследования. Как и в напечатанных человеческих органах, здесь пройдет еще не один год до осязаемых результатов, но цели уже ясно определены и инновации уже происходят.

Когда в конце 1950-х годов появились полимеры и пластмассы, в результате произошел взрыв инноваций (скажем, современный конструктор Lego был запатентован 28 января 1958 года). Еще пять лет понадобилось на поиск правильного материала для массового производства – акрилонитрилбутадиенстирола, или АБС-сополимера. Однако попытки создания 4D-объектов при тогдашних относительно грубых химических экспериментах породили очень немного новых игрушек и, по большому счету, кроме шумихи в прессе ни к чему не привели. С другой стороны, массовое производство пластмассы изменило мир.

Сегодня мы входим в новую эпоху с перевернутыми правилами игры: новое поколение «программистов материи, а не компьютеров» (фраза Скайлара Тиббитса) обуздывает естественный самосборный порядок вещей во вселенной для мелкосерийного производства изделий.

Это уже происходит: Autodesk купила Instructables, все больше работы у Thingiverse и defcad, все активнее занимается вопросами 3D и 4D сообщество открытого кода. Сегодня в МТИ и принтерных компаниях широко используются такие инструменты, как ПО для кроссплатформенного воксельного моделирования и анализа vox.cad (воксель – это трехмерный объемный пиксель).

Самую важную роль в этих процессах играют материалы. Несмотря на нынешнюю шумиху вокруг домашних 3D-принтеров, в силу высокой стоимости расходных материалов и размера таким принтерам будет сложно тягаться по себестоимости изделий с промышленным производством, как показал в своем блоге Йонас Бенцен. Сегодня трехмерные принтеры в основном используются для прототипирования и индустриального дизайна из мягких модельных материалов.

Некоторые наши концепции печати уже превратились в устаревшие парадигмы. Настоящий прорыв, несомненно, придет из области химии материалов. Как объясняет Дэниел Диковски из Stratasys, это будут смеси из нескольких материалов, играющих роль элементов материального программного интерфейса. Подобная современная алхимия, умеющая программировать нужные свойства материалов, станет новой ключевой парадигмой. Сейчас медленно формируются дизайнерские принципы, основанные на изменчивых свойствах этих удивительных новых материалов. Хотя сегодня таких материалов еще немного, в этой сфере ведется титаническая работа с очень быстрым прогрессом. Через 4–5 лет мы увидим очень продвинутые материалы, которые можно программировать и печатать. К этому приведет плодотворное сотрудничество, быстрый прогресс и (пока еще) открытость и инклюзивность этой сферы с точки зрения бизнеса.

image
Tags:4D-печатьчетырехмерная печатьбудущее здесьинновацииизобретениябиотехнологиинанотехнологииStratasysAutodeskМТИ
Hubs: Lumber room
+22
27.2k 60
Comments 29

Popular right now

10 шагов в cinema 4d за 2 недели
February 16, 202114,000 ₽Bang Bang Education
SEO-специалист
January 25, 202136,000 ₽GeekBrains
UX/UI дизайнер
January 25, 2021104,900 ₽Нетология
UI-дизайнер
January 25, 202159,900 ₽Нетология
Профессия Android-разработчик
January 25, 202130,000 ₽Loftschool

Top of the last 24 hours