4DTexture: progettazione computazionale olistica per superfici 3D
Ricercatori statunitensi e cinesi stanno portando la fabbricazione digitale e la trama dei materiali al livello successivo, rilasciando i risultati del loro studio nel recente pubblicato ” 4D Texture: un metodo di fabbricazione che cambia forma per superfici 3D con texture “.
La stampa 4D sta crescendo come area di interesse per molti ricercatori, ma come la stampa 3D – e ancora di più – c’è ancora un territorio enormemente inesplorato. Gli utenti sono in grado di oltrepassare i vincoli della stampa 3D per soddisfare le esigenze urgenti di progetti più complessi come la creazione di nuove metastrutture , superfici e nuovi materiali e tecniche . La stampa 4D offre di più agli utenti che innovano oltre il 3D, cercando di fabbricare anche geometrie più complesse.
In questo studio, gli autori introducono un nuovo approccio di progettazione chiamato 4DTexture che descrivono come “un metodo di progettazione e fabbricazione computazionale olistico, sfruttando il processo di stampa 4D all’avanguardia per rendere le superfici 3D con trama”.
Mentre i vantaggi della stampa 3D sono e continuano ad essere enormi per gli utenti industriali, la stampa 4D apre nuove aree per la fabbricazione che di solito non possono essere esplorate nemmeno con la tecnologia convenzionale. La nuova tecnica creata in questo studio consente di realizzare attuatori con strutture a trama verticale, che in seguito possono essere trasformati in forme più complicate. Il sistema funziona su Rhino con Grasshopper, composto da quanto segue per l’anteprima e la personalizzazione:
Elemento di trama
Preparativi
Tendenza e tipo di trasformazione
Sono stati condotti esperimenti su strutture strutturate mentre i ricercatori costruivano una “biblioteca” costituita da forme come emisferi, piramidi ed emicilindri. Il programma offre strumenti in modo che i parametri possano essere personalizzati; ad esempio, i progettisti possono utilizzare i meccanismi di morphing 4D offerti da progetti precedenti o modificare le impostazioni, se necessario. Una volta impostate le forme dell’attuatore, è possibile disporre le trame. È possibile scegliere l’altezza e le dimensioni e gli utenti possono anche spostare le trame.
Il PLA è stato utilizzato con un MakerBot Replicator 2X poiché i ricercatori hanno stampato trame di esempio utilizzando le impostazioni predefinite per l’hardware, producendo oggetti auto-innalzanti, auto-avvolgenti e auto-pieganti.
“Il meccanismo di trasformazione può essere controllato dalla direzione di stampa, che è stata incorporata nel nostro sistema per simulare il comportamento”, hanno affermato i ricercatori.
Proprio come la stampa 3D ha permesso una varietà di incursioni diverse nella moda, anche la stampa 4D ha, portando tutti i vantaggi di materiali che possono trasformarsi e spostarsi secondo necessità. In questo studio, i ricercatori hanno fabbricato accessori moda, un giocattolo modulare, una maniglia tattile e dispositivi di fissaggio 3D.
“Speriamo che un tale sistema possa espandere le opportunità di progettazione della tecnologia di stampa 4D con una stampante FDM per hobby”, hanno concluso i ricercatori. “In futuro, intendiamo implementare un esperimento sistematico sui materiali per migliorare l’accuratezza della trasformazione e perfezionare l’impostazione parametrica con Grasshopper per rendere lo strumento di progettazione più intuitivo. Abbiamo anche scoperto che la struttura della trama può fungere da strato vincolato che necessita di ulteriori approfondimenti. “
Il flusso di lavoro: gli utenti possono (a) progettare l’elemento della trama e (b) la forma dell’attuatore, definire il tipo di trasformazione e (c) organizzare il tipo di trama, (d) impostare la tendenza della trama, quindi (e ) genera il file g-code che può essere stampato da una stampante FDM, infine gli utenti possono ottenere (f) il pezzo piatto stampato che può essere attivato dal calore nella (g) forma 3D di destinazione. 
