Una linea è la distanza più breve tra due punti, ma "A-line, " un sistema di stampa 4-D sviluppato presso la Carnegie Mellon University, prende una strada più tortuosa. unidimensionale, Le strutture plastiche a forma di "linea" prodotte con il sistema A-line possono piegarsi, si piegano e si attorcigliano in forme predeterminate quando vengono attivati ​​dal calore.

Gli oggetti stampati in 3D che in seguito cambiano forma sono la definizione stessa della stampa 4D. Ma il processo assume qualità speciali quando gli oggetti possono passare attraverso aperture strette. Un'asta inserita attraverso uno stretto collo di bottiglia, ad esempio, potrebbe trasformarsi in un amo per pescare un oggetto dalla bottiglia. O un lungo, un dispositivo di fissaggio sottile inserito attraverso i fori nel sedile di una sedia potrebbe bloccare una gamba della sedia in posizione.

Il metodo A-line può essere utile anche per realizzare dispositivi conformi, come molle elicoidali e pinzette. Questi sono difficili da produrre nella forma finale utilizzando una stampante 3D, ma possono essere stampati facilmente come bastoncini che assumono la forma finale quando vengono immersi in acqua calda.

Fare bastoncini che si trasformano in nuovi oggetti è un'impresa che Lining Yao, assistente professore presso l'Istituto di interazione uomo-computer della CMU, e i suoi colleghi del Morphing Matter Lab sono riusciti a usare un normale, stampante 3D per hobbisti e un unico tipo di materiale termoplastico.

"Non è stampare la linea che è difficile, ma sta sviluppando lo strumento software che ti consente di progettare, simulare e fabbricare la linea, "ha spiegato Yao.

Il gruppo ha utilizzato acido polilattico, o PLA, il materiale più comune utilizzato nella stampa 3D, per produrre i loro oggetti. Il PLA si restringe in reazione al calore lungo la direzione in cui è stato stampato, disse Guanyun Wang, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Morphing Matter. Ciò rende possibile controllare come la forma di un oggetto si trasformerà in base alla spaziatura dei segmenti attivi e passivi, lo spessore dei segmenti e sulla direzione di stampa di ciascun segmento, Lui ha spiegato.

La piattaforma A-line sviluppata dal team di Yao include una libreria di otto direzioni di piegatura che possono essere combinate per produrre geometrie semplici o complesse. Include anche uno strumento di progettazione personalizzato per aiutare gli utenti a combinare questi diversi tipi di piegature per ottenere le forme desiderate.

Sì Tao, uno studioso in visita presso l'HCII dell'Università di Zhejiang, ha detto che il team ha innescato la flessione immergendo i bastoncini ingegnerizzati in acqua riscaldata a circa 170 gradi Fahrenheit. Il morphing può anche essere attivato da una pistola termica, con fibra di carbonio incorporata per riscaldamento resistivo o con vapore tramite canali cavi nei bastoncini.

Come con altri oggetti stampati in 4-D, un vantaggio delle canne A-line è che possono essere spedite come un pacco piatto e attivate sul posto per diventare supporti per tende, telai di sedie o sculture. Ma Yao prevede alcune applicazioni peculiari degli oggetti a forma di linea. Utilizzando idrogel sensibili al campo elettrico invece del PLA, ad esempio, potrebbe essere possibile sviluppare una linea biocompatibile che un chirurgo potrebbe serpeggiare attraverso spazi ristretti del corpo e trasformare a distanza in pinzette chirurgiche. Controllando i campi elettrici, potrebbe anche essere possibile controllare il movimento della pinzetta.

"Attraverso questo lavoro, speriamo di ampliare lo spazio di progettazione della tecnologia di stampa 4-D, " ha detto Yao. "Incoraggiamo i designer a pensare a ulteriori usi nuovi di A-line".

Un documento di ricerca che descrive A-Line è stato presentato all'inizio di quest'anno al CHI 2019, la conferenza dell'Associazione per le macchine informatiche sui fattori umani nei sistemi informatici.