Une ligne est la distance la plus courte entre deux points, mais "A-ligne, " un système d'impression 4-D développé à l'Université Carnegie Mellon, prend un chemin plus détourné. unidimensionnel, Les structures en plastique en forme de "ligne" produites avec le système A-line peuvent se plier, se plient et se tordent dans des formes prédéterminées lorsqu'elles sont déclenchées par la chaleur.

Les objets imprimés en 3D qui changent plus tard de forme sont la définition même de l'impression 4D. Mais le processus prend des qualités particulières lorsque les objets peuvent passer à travers des ouvertures étroites. Une tige insérée dans un goulot d'étranglement étroit, par exemple, pourrait se transformer en hameçon pour sortir un objet de la bouteille. Ou un long, une fine attache insérée dans les trous du siège d'une chaise peut verrouiller un pied de chaise en place.

La méthode A-line peut également être utile pour fabriquer des appareils conformes, tels que les ressorts hélicoïdaux et les pincettes. Ceux-ci sont difficiles à produire sous leur forme finale à l'aide d'une imprimante 3D, mais peuvent être facilement imprimés sous forme de tiges qui prennent leur forme finale lorsqu'elles sont plongées dans de l'eau chaude.

Fabriquer des bâtons qui se transforment en de nouveaux objets est un exploit que Lining Yao, professeur assistant à l'Institut d'Interaction Homme-Machine de la CMU, et ses collègues du Morphing Matter Lab ont accompli en utilisant un imprimante 3D de qualité amateur et un seul type de matériau thermoplastique.

"Ce n'est pas d'imprimer la ligne qui est difficile, mais c'est développer l'outil logiciel qui permet de concevoir, simuler et fabriquer la ligne, " expliqua Yao.

Le groupe a utilisé de l'acide polylactique, ou PLA, le matériau le plus couramment utilisé en impression 3D, pour produire leurs objets. Le PLA rétrécit en réaction à la chaleur le long de la direction dans laquelle il a été imprimé, dit Guanyun Wang, un post-doctorant au laboratoire Morphing Matter. Cela permet de contrôler la façon dont la forme d'un objet se transformera en fonction de l'espacement des segments actifs et passifs, l'épaisseur des segments et sur le sens d'impression de chaque segment, il expliqua.

La plate-forme A-line développée par l'équipe de Yao comprend une bibliothèque de huit directions de pliage qui peuvent être combinées pour produire des géométries simples ou complexes. Il comprend également un outil de conception personnalisé pour aider les utilisateurs à combiner ces différents types de coudes pour obtenir les formes souhaitées.

Ye Tao, chercheur invité au HCII de l'Université du Zhejiang, a déclaré que l'équipe a déclenché la flexion en immergeant les bâtons d'ingénierie dans de l'eau chauffée à environ 170 degrés Fahrenheit. Le morphing peut également être déclenché par un pistolet thermique, avec fibre de carbone intégrée pour le chauffage résistif ou avec de la vapeur via des canaux creux dans les bâtons.

Comme pour les autres objets imprimés en 4D, un avantage des tiges A-line est qu'elles peuvent être expédiées sous forme de pack plat et déclenchées sur site pour devenir des supports de tente, cadres de chaises ou sculptures. Mais Yao envisage certaines applications propres aux objets en forme de ligne. En utilisant des hydrogels sensibles au champ électrique au lieu du PLA, par exemple, il pourrait être possible de développer une ligne biocompatible qu'un chirurgien pourrait serpenter à travers des espaces corporels étroits et transformer à distance en pinces chirurgicales. En contrôlant les champs électriques, il pourrait également être possible de contrôler le mouvement de la pince à épiler.

« Par ce travail, nous espérons agrandir l'espace de conception de la technologie d'impression 4-D, " a déclaré Yao. " Nous encourageons les concepteurs à réfléchir à d'autres utilisations nouvelles de la ligne A. "

Un document de recherche décrivant A-Line a été présenté plus tôt cette année au CHI 2019, Conférence de l'Association for Computing Machinery sur les facteurs humains dans les systèmes informatiques.