Comment l'impression 4D changera la forme de la fabrication

. Les dernières avancées significatives dans la technologie d'impression 3D incluent la possibilité d'utiliser un certain nombre de matériaux différents – non seulement le plastique, mais également le métal, les résines, le grès, la cire et la céramique – permettant d'incorporer plusieurs matériaux dans un objet imprimé unique. Ces améliorations ouvrent la voie à des avantages commerciaux significatifs notamment des chaînes d'approvisionnement rationalisées, un prototypage amélioré et la fabrication de nouveaux modèles qui étaient impossibles par le passé. Il ne fait guère de doute que l’impression 3D va changer la donne pour de nombreuses industries, mais certaines limitations détermineront son utilisation et les produits pouvant être fabriqués avec cette technologie.

Entrez dans l’impression 4D. Les matériaux programmables utilisés dans l'impression 4D permettraient aux entreprises d'intégrer la quatrième dimension – le temps – dans la fabrication. Les entreprises seront en mesure d'imprimer des objets capables de s'assembler, de se remodeler ou de réagir de toute autre manière à des événements ou des conditions changeants. La technologie pourrait redéfinir notre façon de concevoir, de fabriquer et d'interagir avec toutes sortes d'objets.

L'aube des matériaux dynamiques

S'appuyant sur les bases existantes de l'impression 3D, l'impression 4D utilise des matériaux incitez les objets imprimés à changer de forme, de fonction, de couleur ou d’autres propriétés, le cas échéant. Ces matériaux spécialement conçus ont des propriétés qui leur permettent de fonctionner différemment lorsqu'ils rencontrent de l'eau, de la lumière, de la chaleur ou du courant électrique, par exemple, et pourraient permettre de redéfinir une multitude d'objets utilisés aujourd'hui. Les entrepôts et les entreprises de logistique pourraient bientôt utiliser des boîtes auto-aplatissantes ; les tuyaux des systèmes de plomberie pourraient devenir capables de changer de diamètre en fonction du débit ou de la demande en eau. Les implants médicaux à base de biomatériaux dynamiques sauvent déjà des vies .

Le présent et l'avenir de 4D

En redéfinissant comment et ce que nous pouvons produire avec les imprimantes 3D, l'impression 4D permet aux fabricants de mieux comprendre ce qu'un produit peut faire et comment il peut être utilisé. Bien que l'impression 4D en soit encore au stade de la recherche et du développement, il est clair que les entreprises seront en mesure de produire non seulement un produit statique, mais également un produit capable de changer et de se développer tout au long de son cycle de vie.

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Une orchidée est imprimée en 4D avec une encre à base d'hydrogel de cellulose puis est immergée dans de l'eau pour activer sa transformation. Source: Institut Wyss de l'Université Harvard

Combinée à d'autres fonctionnalités numériques avancées, telles que l'Internet des objets, l'IA et la robotique, la perturbation potentielle pourrait être encore plus profonde. Comme le futuriste Matt Griffin a récemment blogué, par exemple, il n’ya aucune raison pour que les robots «ne puissent ou ne pourront pas se concevoir, s’imprimer et s’assembler eux-mêmes».

Le marché de l'impression 4D devrait rester inférieur à 100 millions de dollars US d'ici 2025, mais la demande des secteurs de la défense et de l'aérospatiale, de l'automobile et de la santé alimentera son développement, selon Grandview Research . En fait, il existe déjà quelques cas d'utilisation intéressants:

• Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA a mis au point un tissu en métal flexible – "chaîne spatiale", qui pourrait être utilisé pour les grandes antennes afin de protéger un vaisseau spatial météorites, dans des combinaisons spatiales d’astronautes ou pour capturer des objets à la surface d’une autre planète. L’agence spatiale américaine affirme que la possibilité de programmer de nouvelles fonctions dans le matériel intelligent offre des applications apparemment infinies.
• Des médecins de l’Hôpital pour enfants CS Mott de l’Université du Michigan ont mis au point une attelle pour voies aériennes imprimée imprimée en 4D pour les nourrissons souffrant de la trachéobronchomalacie, une maladie qui provoque l’effondrement de la trachée-vent. Les attelles, qui maintiennent la trachée ouverte, peuvent automatiquement doubler de taille, jusqu'à ce que les enfants aient la force de subvenir à leurs besoins, généralement vers l'âge de trois ans.
• Concepteur Christophe Guberan a collaboré avec MIT développer une chaussure à assembler capable de transformer un processus de production complexe et exigeant en main-d'œuvre.
• Airbus collabore également avec le MIT pour mettre au point un composant d'admission d'air en fibre de carbone programmable qui s'ajusterait automatiquement. pour contrôler le flux d'air utilisé pour refroidir un moteur d'avion. Un tel composant éliminerait le besoin de systèmes de contrôle mécaniques lourds et réduirait la consommation de carburant. L’avionneur prédit que les composants imprimés 4D pourraient constituer la base d’un fuselage plus léger et plus rapide .

Il faudra peut-être attendre 5 à 10 ans pour que l’impression 4D se généralise. Il existe de nombreux défis, parmi lesquels les nombreuses façons dont les matériaux de tous types sont connus pour échouer . Mais la nature du changement exponentiel est qu’elle se produit plus rapidement que prévu. Ceux qui veulent être à la pointe de la transformation numérique doivent envisager les implications potentielles et les cas d'utilisation de l'impression 4D pour leurs organisations le plus tôt possible. D!

Lire le résumé:
L'impression 4D: à assembler, à façonner et à réparer soi-même .