4D-печать подразумевает создание материалов, которые затем меняют форму под воздействием определенных факторов — например, света или магнитного поля. Специалисты Университета Гонконга под руководством профессора Чжана Лю разработали специальные «керамические чернила» и сразу два подходящих техпроцесса для 4D-печати.

В чернилах частицы керамики сочетаются с полимером, который делает элементы пластичными и одновременно позволяет печатать предметы сложной формы. В качестве демонстрации команда создала раковину, которая по форме напоминает знаменитое здание Сиднейского оперного театра.

«Звучит всё просто, но на деле это совсем не так», — подчеркивает Лю в комментарии для Science Daily. Он сравнивает процесс создания чернил с нанесением кремового топинга на торт. Результат определяет множество факторов: вязкость «крема», форма сопла, температура, прилагаемое давление и т. п. По его словам, подбор необходимой гаммы отнял у сотрудников его лаборатории 2,5 года.

В итоге им удалось разработать эластичный керамический прекурсор и принтер для печати с его помощью, а также сразу две технологии 4D-печати — то есть изменения формы модели после ее завершения.

В первом варианте модель соединяется с меняющей форму подложкой с помощью специальных креплений, созданных в процессе печати — и затем деформируется вместе с ней. Второй вариант использует кинетическую энергию, заложенную в полимерной части керамических чернил. Создатели сравнивают процесс деформации с искусством оригами — создания трехмерных фигурок из листов бумаги.

По словам Лю, сохраняющие эластичность после печати предметы могут растягиваться втрое без ослабления структуры.

Как и традиционная керамика, твердыми они становятся после термической обработки — аналога обжига в печи.

Технология позволяет создавать очень прочные структуры сложной формы, по обоим параметрам оставляя позади современные технологии 3D-печати на основе керамики. Главное направление дальнейшей работы — снижение ломкости нового материала.

Статья по результатам работы опубликована в журнале Acience Advances.

Лю полагает, что в промышленности технологию необходимо применить для создания долговечных микросхем на основе керамики, а первым «бытовым» тестом станет одно из самых распространенных развлечений дизайнеров 3D-моделей — накладки и чехлы для мобильных телефонов.

Ранее Хайтек+ писал о создании еще одного революционного материала на основе керамики. Из MXene можно производить твердотельные аккумуляторы, варисторы, химические датчики, катализаторы и многое другое.