¿Qué es la impresión 4D? ¿Cómo funciona la impresión 4D?

Hace más de 30 años que inventamos la impresión 3D. Ahora es el momento de avanzar, un paso por delante. Con la misma intención, investigadores y científicos han estado trabajando para desarrollar la impresión 4D.

Si bien todavía es estimulante y tenemos que esperar un poco más para explorar lo que implicaría la tecnología, se han hablado muchas veces sobre lo mismo.

La gente se pregunta qué significa esto. Por tanto, es importante conocer toda la información que tenemos actualmente sobre la impresión 4D.

La experimentación del proyecto MIT Self Assembly intenta demostrar que existe un paso un poco más avanzado después de la impresión 3D y que se puede poner en práctica dentro de unos años.

Si la fabricación aditiva sacudiera al mundo con su concepto de agregar un material con otros para formar un material completamente nuevo, la impresión 4D sería aún más grande.

¿Qué es el proyecto Self Assembly del MIT? ¿Qué sugerencias da sobre la impresión 4D? ¿Cuáles son las estimaciones sobre el momento en que esta tecnología llegará al mercado? ¿Y qué obstáculos debe superar? Son algunas de las preguntas básicas que intentaríamos responder en este artículo intentando centrarnos más en la tecnología de impresión 4D.

El concepto de impresión 4D

¿Cuántos de ties han visto la película llamada Transformers? Asumo, casi todo el mundo. El concepto detrás de esa película era, ¿puede haber una tecnología a través de la cual los objetos se fabriquen de tal manera que puedan transformarse en otra forma cuando sea necesario?

Trate de recordar esa película, los Cybertrons. ¿Cómo se transformaron de un Autobot a un automóvil, a un camión, cuando fue necesario?

Este concepto se piensa y luego se intenta poner en práctica. Ahora que hemos logrado un éxito considerable con la impresión 3D, ¿podemos transformar un objeto impreso en 3D en alguna otra estructura?

Es la pregunta que se hicieron los buscadores de la tecnología de impresión 4D. Esto es algo que no se puede hacer sin la ayuda de factores externos que influyen.

Por lo tanto, se deben utilizar la temperatura, la luz u otros estímulos ambientales para cambiar las características de la pieza impresa en 3D.

Este concepto se investigó en el laboratorio de autoensamblaje del MIT. El propósito allí era combinar tecnología y diseño para inventar tecnologías de materiales programables y de autoensamblaje.

El principal objetivo de la impresión de esta tecnología era beneficiar a los sectores de la impresión, la fabricación, el montaje de productos y el rendimiento. Sin embargo, los créditos de la invención de esta tecnología también se otorgan a Stratasys y Autodesk.

Aunque el nombre de los investigadores australianos y singapurenses está en su punto álgido cuando se habla de impresión 4D, nadie ha logrado resultados significativos con esta tecnología todavía.

Se habla de que los científicos de todo el mundo se están familiarizando cada vez más con esta tecnología para asegurarse de que son los primeros en lograr un gran avance. Pero hasta la fecha, las únicas conversaciones son que nos estamos acercando cada vez más a esta tecnología.

Ahora toquemos la fibra sensible para ver la diferencia exacta entre la impresión 4D y 3D.

Diferencia entre impresión 4D y 3D

Impresión 3d vs impresión 4d

Crédito: sculpteo.com

Con la impresión 3D, puede imprimir objetos desde cero. Tienes las materias primas, como polvos metálicos o fotopolímeros o filamentos plásticos o resinas como en diversas tecnologías de impresión 3D.

Se calientan, se solidifican capa a capa y luego se realiza el posprocesamiento para lograr un buen acabado superficial. Pero imagina que el material, que has hecho con impresión 3D, puede actuar más fuerte que sus capacidades si se le da algo de temperatura o soporte de luz …

La impresión 4D se trata de llevar esta dimensión adicional a los materiales. La impresión 3D consiste en repetir una estructura 2D capa por capa en una ruta de impresión predeterminada.

Mientras que la impresión 4D se trata de transformar el objeto impreso en 3D ya creado con el paso del tiempo. La cuarta dimensión que utilizamos aquí es el tiempo. Y utilizamos esta dimensión para cambiar la forma del objeto ya existente.

Este cambio se puede introducir en un objeto mediante el uso de materiales programables y avanzados que funcionan de manera diferente cuando se exponen a una temperatura, luz o agua más altas.

Ampliando más esta idea, se puede asumir que el equipo que se utiliza en los sitios de impresión puede limitarse a solo uno o dos. Si están impresos en 4D, pueden cambiar su forma con el tiempo y ser el equipo que necesita, cuando lo necesita.

Tan genial como parece en la imaginación, tan difícil es en sus implementaciones. Entonces, ahora veamos la parte más difícil. ¿Por qué es difícil implementar esto?

¿Qué empresas están trabajando en ello? ¿Y qué esperar de esta tecnología? Pero antes de eso, un breve acerca de cómo funciona la impresión 4D.

Principio de funcionamiento de la impresión 4D

Aplicación de impresión 4d

Crédito: sculpteo.com

Para una comprensión más fácil de este principio, puede imaginar una caja que ya está impresa en 3D, por ejemplo, con tecnología FDM. Ahora imagine que un estímulo ambiental entra en contacto con esta caja y tan pronto como entra en contacto con esta caja, la caja se aplana.

En cierto modo, es una tontería porque podría pensar que el objeto vuelve a 2D desde 3D. Pero esta es la magia de la tecnología de impresión 4D.

Para demostrar que esta tecnología no es solo una tontería y puede tener impactos masivos, imaginemos la mayor parte de tales cajas. Se supone que deben ser transportados de un lugar a otro.

Ahora bien, si tenemos esta tecnología en su lugar, empacamos más cajas de las que podemos si no tenemos la tecnología (como en la situación actual).

Y mientras desempaquetamos podemos tener otros estímulos ambientales para cambiar las cajas a 3D nuevamente. Es como cambiar la forma y estructura de la pieza impresa en 3D siempre que sea necesario, según su aplicación.

La tecnología de impresión 4D utiliza impresoras 3D comerciales, por ejemplo, una impresora Polyjet. La entrada para estas impresoras no es ordinaria, sino materiales «inteligentes».

Como un hidrogel o un polímero con memoria de forma. Estos materiales inteligentes tienen propiedades termomecánicas por las que pueden cambiar su forma. Y esto es lo que los diferencia de los materiales 3D ordinarios que se utilizan para la impresión 3D.

La ventaja de utilizar materiales inteligentes sobre los materiales 3D es que no tienen la rigidez como una de sus características.

Pueden transformarse de una forma a otra con la ayuda de algunos factores externos. Estos factores externos pueden diferir de un material a otro.

¿Quiere leer más ventajas de la impresión 4D? ¡Vamos!

Ventajas de la impresión 4D

  • La primera y principal ventaja de la impresión 4D es el cambio de tamaño. Imaging, una impresora de escritorio que puede imprimir materiales de tamaño más grande que ella. Esto se puede hacer mediante el plegado computacional. Debido a que los objetos impresos en 4D pueden cambiar de forma, encogerse y desplegarse, los objetos que son demasiado grandes para que las impresoras se impriman dentro de ellos se pueden comprimir para la impresión 3D y se pueden construir en una forma secundaria. Al igual que tenemos un archivo comprimido de un archivo que es demasiado grande para enviar. Exactamente así, con suerte podríamos tener objetos comprimidos de objetos que son demasiado grandes para fabricar.
  • La siguiente ventaja de la impresión 4D sería lograr materiales con propiedades que no se ven hasta la fecha. Hasta ahora, ya hemos visto experimentos de polímeros con memoria de forma multimaterial. Estos materiales pueden transformarse de una forma a otra en presencia de estímulos ambientales. ¿Qué importancia puede tener eso para la industria de la salud? Donde requerimos dispositivos que puedan cambiar de forma liberados en el medicamento del paciente que puedan llegar a la parte dañada y repararla.

Echemos un vistazo a cómo las empresas están experimentando con esta idea.

Intentos de empresas para experimentar con esta idea

En sus Ted Talks, el profesor asistente del MIT, Skylar Tibbits, afirma que está fascinado con las capacidades de la impresión 3D. Además, agrega cómo quiere llevar la impresión 4D a otro nivel.

Tibbits se centra en el área de fabricación de un objeto 4D que puede cambiar de forma con precisión y precisión, siempre que sea necesario.

Desde 2014, Tibbits está trabajando con Autodesk para crear un sistema informático que permita a los usuarios realizar entradas de geometría para medir objetos impresos en 3D que se convertirán en 4D después de algunos procesos.

Tibbits trabaja actualmente en el laboratorio de autoensamblaje inaugurado en el MIT. Es editor de impresión 3D y Additive Manufacturing Journal que ofrece grandes conocimientos sobre objetos y diseños de impresión 3D. Él es muy positivo al ver la impresión 4D en un futuro cercano.

Particularmente centrado en nuestra vida diaria, Tibbit dice cómo la impresión 4D se puede aplicar para cambiar el tamaño de las zapatillas para que se adapten al pie. Y también para cambiarse de ropa según la climatología.

También hay otras tecnologías que se investigan simultáneamente con la impresión 4D. Un ejemplo de una de esas tecnologías es la estructura molecular. Esta tecnología los organiza en estructuras complejas cuando se agitan.

Además de Tibbits, el profesor australiano Marc ha creado la primera válvula de agua impresa en 4D con la ayuda de su equipo de investigadores.

Esta válvula se cierra cuando se expone al agua caliente y se vuelve a abrir cuando se enfrían las altas temperaturas. Esto se crea utilizando la propiedad de la tinta de hidrogel para responder rápidamente al calor.

En la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur, Zhen Ding y su equipo han desarrollado un nuevo proceso que integra cinco pasos principales de la impresión 4D en uno.

Demuestra cómo una estrella plana se curva en forma de cúpula o flor cuyos pétalos se cierran y se abren al tocar el agua tibia.

Como estábamos discutiendo los experimentos de varios profesores sobre la impresión 4D, es posible que desee ver otras aplicaciones de la impresión 4D antes de concluir el artículo.

Aplicaciones potenciales de la impresión 4D

  • Un sistema de tuberías que se puede reparar por sí mismo: los plomeros ya no necesitarían averiguar dónde está el daño y luego subir a esa parte para resolverlo. Con la ayuda de la impresión 4D, podríamos desarrollar tuberías que pueden cambiar sus diámetros de acuerdo con el caudal y la demanda de agua. Además, las tuberías posiblemente podrían curarse a sí mismas cada vez que se agrieten o rompan debido a su capacidad para responder al cambio ambiental.
  • Mobiliario que se podrá autoensamblar: Hoy en día se hace un gran esfuerzo en el montaje de los muebles, que sería insignificante o casi nulo si la impresión 4D se hiciera realidad. La impresión 4D nos permitiría construir una tabla plana que se pueda enrollar para convertirse en una silla cuando queramos sentarnos en ella.
  • Uso de materiales transformables en el espacio: debido al alto precio de los materiales que se imprimen mediante impresión 3D, resulta difícil usarlos en el espacio. La impresión 4D podría ser una bendición en este caso. Y dado que esto puede transformar su forma de una a otra, en lugar de usar varias partes, solo podríamos usar partes individuales. Esto, a su vez, puede reducir el precio total de las piezas.
  • Industria de la moda: Como ya mencionamos anteriormente en el artículo, la ropa podría cambiarse según el clima y las zapatillas según la talla del pie.
  • Industria médica: podríamos desarrollar una proteína que cambie de forma o una proteína que se autoplega y que se pueda administrar al cuerpo de los pacientes. La parte a tener en cuenta aquí es que no serán del tamaño que deberían ser reales, y solo después de ir al órgano donde se necesita, se puede abrir.

La conclusión

Hay incluso más ejemplos por los que puede pasar que prueban que algo está sucediendo en la línea de este concepto.

La impresión 3D ya ha demostrado que tiene aplicaciones en todos los campos, por lo que la impresión 4D también afectará nuestra forma de pensar. Pensaríamos en usar exactamente la misma cantidad de cosas / máquinas / partes, que son necesarias.

De hecho, si elabora un poco más sobre la impresión 4D y busca la solución que es capaz de proporcionar, es posible que la encuentre mucho más avanzada que cualquier otra tecnología existente. Entonces, espere el futuro que nos espera.