Будущие достижения в области технологий зависят от наличия «интеллектуальных» материалов, сочетающих функциональные характеристики с ограниченными затратами энергии и окружающей среды. 4D био-инспирированные материалы являются новым поколением таких «умных» материалов, которые могут изменять свою форму при воздействии внешнего стимула, например, тепла или влаги. Мы уже видели, как 3D-объекты со временем меняются, но на сегодняшний день концепция 4D ограничена только полимерами с эффектом памяти.
Главная проблема состоит в том, что высоко технологические сферы, такие как биомедицинские, аэрокосмические, робототехника и электронника, срочно нуждаются в разработке 4D металлических материалов. Свойства металлических материалов, как известно, определяются микроструктурой. Представьте себе последствия для любого инженера, который не только имеет неограниченный контроль над формой и микроструктурой, но также и за динамическими изменениями свойств в ответ на внешние стимулы, такие как напряжения и тепло.
В этом проекте мы стремимся обеспечить надежную связь между контролируемым микроструктурным дизайном и 3D-печатью металлических сплавов с эффектом памяти, что в свою очередь позволит создать управляемые 4D функциональные свойства. Следовательно, вместо того чтобы создавать статический металлический материал, проект нацелен на разработку адаптивного биомиметического материала, который способен изменять форму и функциональность контролируемой микроструктуры и анизотропии.
Инновационный подход проекта заключается в разработке «запрограммированных» и зависимых от местоположения свойств посредством контроля микроструктуры в 3D-печатных металлических компонентах. Предложенная концепция основана на наших прежних результатах, продемонстрировавших использование термических профилей для разработки управляемых микроструктур и, в результате, трехмерных механических и структурных свойств.
Данный проект откроет совершенно новый способ построения «интеллектуальных» металлических материалов, где микроструктурный дизайн и сплавы с эффектом памяти послужат в качестве «композиционных строительных элементов», предлагая уникальный путь от потребительской идеи до полной 4D функциональности, встроенной непосредственно в материал в процессе 3D печати.