Обычная 3D-печать создаёт объект с фиксированной геометрией: что напечатал, то и получил. 4D-печать идёт дальше — напечатанная деталь может изгибаться, складываться, расширяться или менять форму под воздействием внешних факторов: температуры, влажности, света, магнитного поля или электричества. Четвёртое измерение здесь — время.

Изображение: Interestingengineering.com

Концепцию популяризовал архитектор Скайлар Тиббитс в 2013 году, а теперь исследователи по всему миру разрабатывают материалы и методы, чтобы превратить идею в инженерную реальность.

В основе лежат так называемые стимул-чувствительные полимеры. Например, полимеры с памятью формы возвращаются к заданной геометрии при нагреве. Гидрогели набухают или сжимаются от влаги. Также исследуются жидкокристаллические эластомеры, самовосстанавливающиеся полимеры и композиты. Печать позволяет распределять разные материалы в одной детали, чтобы разные её части реагировали по-своему.

Технологии могут пригодится в разных отраслях. В медицине — имплантаты, которые адаптируются к организму, системы доставки лекарств, тканевая инженерия. В робототехнике — лёгкие приводы без двигателей. В авиации — конструкции, меняющие форму в зависимости от условий полёта, и компактные раскладные элементы, которые активируются на месте. Также — умный текстиль, автомобильные компоненты, строительство.

Большая часть исследований пока находится на лабораторном уровне. Есть проблемы с масштабированием, скоростью трансформации, долговечностью и воспроизводимостью. Но будущее, скорее всего, не в замене 3D-печати, а в её дополнении: 3D-печать решает, где и как разместить материал, а 4D — что этот материал будет делать после печати. Переход от статичных объектов к адаптивным может стать одним из самых интересных направлений в аддитивных технологиях.