Исследователи из университета Северной Каролины разработали технологию, позволяющую превратить с помощью инфракрасного света двухмерные заготовки в трехмерные объекты заранее заданной формы. Заготовка, изготовленная из специального пластика, в структуре которого во время производства искусственно создано внутреннее напряжение, вводится в обычный струйный принтер, который наносит черные полосы в местах предполагаемого сгиба. Полученная модель после этого освещается инфракрасным светом и в результате нагрева зачерненных зон заготовка превращается в трехмерный объект, форма которого задана заранее.

Конечно, данная технология достаточно далека от понятия программируемой материи, над разработкой которой усердно трудятся ученые по заказу DARPA. Но, согласно доктору Майкл Дики (Dr. Michael Dickey), соавтору данных исследований, этот метод может успешно использоваться для создания различной упаковки и для массового изготовления несложных деталей различных изделий.



В основе идеи лежат совсем простые физические принципы. Напечатанные на материале черные полосы поглощают большее количество инфракрасного света, чем оставшаяся часть полимерной заготовки. Таким образом достигается неравномерность прогрева материала заготовки точно в определенных местах, вызывающая изгиб материала за счет собственного внутреннего напряжения. Более того, данная технология основана на существующих сейчас материалах и совместима с имеющимся печатным и штамповочным оборудованием. Используя методы производства, которые, по существу, двухмерны, т.е. работают с плоскими поверхностями, можно обрабатывать рулоны материала и производить различные трехмерные объекты сложной формы.

Изменяя ширину напечатанной черной полосы можно управлять углом изгиба заготовки, кроме того, ширина полосы определяет скорость изгиба, что тоже может использоваться для получения сложных форм. Нанося черные линии на различные стороны заготовки, можно реализовать то, что заготовка начнет изгибаться в разных направлениях.



Компьютерное моделирование процесса показало, что температура поверхности материла в месте изгиба должна значительно превышать тот порог, при котором материал изменяет свои механические свойства, становится гибким и пластичным. Но вместе с этим, длительность обработки не должна быть большой, иначе весь материал успеет прогреться и потерять свою форму. Поэтому в некоторых случаях целесообразно применять не разогрев всей заготовки в целом, а локальный прогрев только зон изгиба, к счастью реализовать такое не представляет никакого труда.

Результаты данной работы были опубликованы в последнем выпуске журнала "Soft Matter". А на приведенном ниже видеоролике можно посмотреть на эту технологию в действии.