Vaarwel, IKEA – futuristische technologie kan zelfgemonteerde meubels maken

Stel je dit scenario voor: Je hebt online een eikenhouten bureau besteld en als het een paar dagen later binnen is, open je onverbiddelijk je pakket. De doos is lichter dan verwacht en bevat alleen een plat stuk hout met vochtige inkt dat eruitziet als esdoornsuikergoed. Maar nadat de inkt is opgedroogd, verandert het hout op wonderbaarlijke wijze in het item dat u online hebt besteld, zodat u geen frustrerende, tijdrovende montagesessies hoeft te doen.

Een dergelijk product is niet mogelijk. Tot nu. Maar dat is het doel Doron CamPhD student materiaalkunde aan de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem in Israël Voet Zijn werk met collega’s op de najaarsbijeenkomst van de American Chemical Society. Cam’s voorgestelde printtechniek creëert houten objecten die we niet hoeven te zien, snijden of buigen, en die op zichzelf kunnen transformeren in wat lijkt op magie – maar in werkelijkheid vergde het een zorgvuldige planning en een hightech 3D-printer.

Het futuristische concept maakt gebruik van warp, een natuurlijk verschijnsel in hout waar zowel ontwerpers als huiseigenaren bang voor zijn. Hout bevochtigt en droogt ongelijkmatig, waardoor een aantal funky vormen ontstaat, en niemand wil een slordige, hangende vloer of vreemd gebogen dressoir. Maar Cam en zijn collega’s gebruiken dit fenomeen in hun voordeel.

wat is er nieuw – Cam en zijn collega’s hebben een manier gevonden om platte houten panelen te printen die 3D-vormen vormen wanneer ze worden gestimuleerd door een specifieke stimulus, zoals een verandering in pH, temperatuur of vochtigheid. Het is geïnspireerd op de natuurlijke bochten in vervormd hout. Het ziet er misschien leuk uit in het bos, maar draaien kan door de mens gemaakte objecten zoals meubels, vloeren of zelfs houten constructies zoals een tuinhuisje of hut beschadigen.

Anders dan in het wild (of een ondergelopen huis), hebben onderzoekers een manier gevonden om te dicteren hoe een stuk hout eruitziet als het nat is. Ze bereikten dit door verschillende factoren in het afdrukproces aan te passen, waaronder de afdruksnelheid en nauwkeurige inktpositionering. Uiteindelijk kan dit productieproces op maat gemaakte meubelstukken creëren die gemakkelijk te verzenden zijn en geen inspanning van de klant vereisen (behalve het openen van de doos).

Cam legt uit dat het project om meer gaat dan alleen tafels en stoelen. “Als we voldoende tijd en middelen investeren, [this method] Ze kunnen echt interessante en waardevolle producten produceren”, zegt hij. “De manier waarop we het laten zien, is alleen door middel van timmerwerk.”

Het bredere doel van Cam’s onderzoek: om de objecten van de toekomst te creëren, moeten we design volledig heroverwegen.

Hier is de achtergrond – Het team van Cam is niet de eerste die materiaal suggereert dat na verloop van tijd kronkelt. Hij behoort tot een groeiende groep onderzoekers die werkt aan 4D-printen, die tot doel heeft zijn 3D-voorganger een stap verder te brengen door te onderzoeken hoe objecten veranderen nadat ze zijn afgedrukt.

Cam zegt dat dit idee een uitdaging vormt voor de manier waarop we design al eeuwenlang benaderen. Hij legde uit dat het tot voor kort het doel was om structuren te creëren die in de loop van de tijd hetzelfde zouden blijven om duurzaamheid te garanderen. “Wat we voorstellen is een beetje anders… een meer responsief materiaal”, zegt Cam. “Het verandert het concept van engineering.”

Hij zegt dat deze geavanceerde materialen het dynamische karakter van onze omgeving weerspiegelen Tiffany Chengeen promovendus die onderzoek doet naar biologie-geïnspireerd 4D-printen aan de Universiteit van Stuttgart in Duitsland.

“In de natuur zijn dingen altijd in beweging en passen ze zich altijd aan”, zegt ze. “Er is niet echt een enkele staat van zijn.”

Maar de huidige tools die bij 3D-printen worden gebruikt, beperken onze creativiteit, zeggen Cheng en Cam, omdat ze zijn ontworpen om statische objecten te genereren.

Net als een team van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, kijkt Cheng naar printmaterialen die, wanneer ze worden geïntroduceerd, bepaalde stimuli kunnen activeren, zoals verhoogde luchtvochtigheid of temperatuur. Ze zegt dat het “ongelooflijk” was om meer te weten te komen over het responsieve ontwerp, dat eindeloze mogelijkheden biedt voor een enkel element.

waarom maakt het uit – Momenteel heeft het team van Kam kleine prototypes gemaakt en is ze nog steeds aan het uitzoeken hoe ze met succes kunnen worden opgeschaald. Nadat materiaalwetenschappers zoals hij de basis hebben gelegd, zegt hij, is het aan ontwerpers om ze te runnen.

Daarom kunnen als responsieve materialen een revolutie teweegbrengen op verschillende gebieden. Stel je bijvoorbeeld een spalk voor voor een gebroken arm die in de juiste positie klikt, zegt Cheng, in plaats van elke maand naar een dokter te gaan om hem te laten aanpassen. Naast medische toepassingen werkt het momenteel aan een facade Het kan zijn schaduw aanpassen afhankelijk van factoren zoals de buitentemperatuur.

Vooruitstrevend 4D-printonderzoek geeft prioriteit aan duurzaamheid. Momenteel is multidimensionaal printen afhankelijk van synthetische materialen, waaronder gels en elastomeren, die bergen afval produceren.

Maar milieuvriendelijke ingrediënten kunnen dat veranderen: een paar jaar geleden creëerde het team van de Hebreeuwse Universiteit een inkt op waterbasis gemaakt van fijne deeltjes houtafval, “houtmeel” genaamd, die worden gemengd met bindende materialen van planten (inclusief cellulose-nanokristallen, of Het hoofdbestanddeel van plantencelwanden). Dit mengsel kan ook worden gemaakt met houtsnippers, zodat er geen bomen hoeven te worden gekapt.

Cam ziet een toekomst “waarin je je eigen product kunt maken en het na een paar jaar steeds weer opnieuw kunt opbouwen”, zegt hij.

Wat deden ze – De onderzoekers ontdekten dat ze de houtinkt in bepaalde richtingen konden plaatsen om te dicteren hoe het zou transformeren wanneer het materiaal opdroogt. Een reeks lijnen die uit een centraal punt komen, kan bijvoorbeeld opdrogen tot een kegelachtige structuur. Stapelen helpt ook om meer nauwkeurigheid te bereiken: het stapelen van twee rechthoekige lagen die in verschillende richtingen zijn afgedrukt, kan een spiraalvorm creëren nadat de inkt is opgedroogd.

Ze kunnen ook de afdruksnelheid aanpassen om de uiteindelijke vorm van het object te bepalen. Het materiaal trekt samen in een richting loodrecht op de houtvezels met de inkt, en de gespecificeerde afdruksnelheid verandert de uitlijning van de houtvezels. Uiteindelijk zorgt langzamer printen voor meer willekeurige uitlijning van de deeltjes en veroorzaakt het krimp in alle richtingen, terwijl sneller printen de vezels uitlijnt en de krimp in een specifieke richting kan beheersen.

Wat is het volgende – In de toekomst willen Cam en zijn collega-onderzoekers specifieke vormen, zoals zadels, koepels en spiralen, combineren om complexere uiteindelijke objecten te produceren. Momenteel is het hout moeilijk te drogen zonder te barsten vanwege de broze textuur, dus het moet op een plank worden geplaatst bij het beluchten van het hout. Ze denken ook na over hoe deflatie omkeerbaar kan worden gemaakt.

Cheng en Kam hopen ook software te maken die iedereen kan gebruiken om items naar keuze te ontwerpen en af ​​te drukken, zoals een medisch technicus die een op maat gemaakte cast wil maken of zelfs een huiseigenaar met een specifiek type kantoor in gedachten.

Maar er zijn nog een aantal obstakels. Zo gaat multidimensionaal printen momenteel erg traag – het kan uren tot dagen duren om een ​​enkel onderdeel te vervaardigen. Voor sommige toepassingen is waarschijnlijk een sneller schema nodig, vooral op medisch gebied. En de huidige afdrukmaterialen zijn enigszins beperkt: Cheng zegt dat je heel creatief kunt zijn als je met een item in de printer speelt, maar een bepaald materiaal kan maar zoveel doen.

In de toekomst is het aan experts als Cheng en Kam om deze limieten te testen. En hoe eerder ze dit bereiken, hoe eerder we afscheid kunnen nemen van onverklaarbare Ikea-instructies.