Che cosa significa stampare in quarta dimensione? Quando sarà possibile su larga scala? Quali vantaggi apporterà rispetto alla stampa tradizionale e in 3D?

La cosiddetta produzione additiva, nel cui ambito rientra anche la stampa 3D, ha dimostrato di essere una delle più importanti e dirompenti innovazioni dell’età moderna. La stampa 3D ha rivoluzionato il modo in cui vengono progettati, sviluppati e prodotti oggetti e componenti di ogni genere. Questo tipo di stampa viene oggi utilizzata in diversi settori. Pensiamo ad esempio a quello aerospaziale, automotive, medico, fino ad arrivare al food&beverage.

Tuttavia, negli ultimi anni le ricerche hanno permesso lo sviluppo di nuovi metodi per rendere le attuali tecnologie ancora più sofisticate: uno di questi è la quarta dimensione. Tecnicamente parlando, si tratta di un concetto ancora astratto e oggetto di studio per la scienza. Nel campo della stampa, 4D sta a significare l’implementazione di elementi relativi a tempo e movimento in aggiunta alle misure standard della lunghezza, della larghezza e dalla profondità, tipiche del 3D.

Che cosa significa esattamente? Senza entrare troppo in tecnicismi, vuol dire che un oggetto stampato in 4D si trasformerà nel tempo, riassemblandosi da solo o cambiando completamente forma. Cerchiamo di fare chiarezza.

Come funziona la stampa 4D

Come per la stampa 3D, anche in quella 4D si utilizza la stereolitografia per trasformare i progetti digitali in oggetti fisici. La differenza principale tra i due processi consiste nell’utilizzo di materiali speciali nella stampa 4D. La programmazione punta a farli reagire in una determinata maniera a seguito di uno stimolo esterno specifico. Ad esempio sono strutturati per reagire a specifici stimoli, come l’immersione in acqua, il calore o l’elettricità. Una volta esposti a questi stimoli, gli oggetti si modellano fino a raggiungere la loro forma finale.

Se il prodotto finale è un cubo, ma va spedito in una scatola, che per ragioni di spazio deve essere piatta, l’utilizzo della stampa 4D permette di soddisfare entrambe le esigenze. Come? Crea due quadrati a due dimensioni  programmati per interagire e trasformarsi in un cubo non appena ricevono un determinato stimolo. Lo stimolo potrà essere l’acqua o l’esposizione ad una fonte di calore.

Metodi di stampa 4d e materiali

La stampa 4D è resa possibile dall’utilizzo di specifici materiali, come abbiamo visto. Si tratta dei cosiddetti smart materials, come l’idrogel, i polimeri SMP (shape-memory polymers) o i compositi di cellulosa.

Questi materiali non rappresentano una novità, essendo giù impiegati come componenti comuni per veicoli a motore, sensori, attuatori e sorgenti di energia.

Applicazioni attuali e future della stampa 4D

Il concetto di stampa 4D ha iniziato a circolare a partire dal 2013, quando un assistente universitario del MIT, Skylar Tibbits lo ha nominato per la prima volta durante una conferenza TED. Considerato un pioniere della stampa 4D, aveva dichiarato al tempo: “parti disordinate creano una struttura ordinata solo attraverso l’interazione locale”. I campi di applicazione attuale, a livello sperimentale, sono diversi. Vanno dalla creazione di tessuti intelligenti ad architetture trasformabili, fino a dispositivi elettronici che si assemblano da soli.

In futuro si pensa ad ulteriori soluzioni, ancora più fantascientifiche, come facciate degli edifici che si adattano al tempo, scarpe che si adeguano all’attività dei piedi, ecc.

Considerazioni finali

La produzione additiva, specialmente la stampa 3D, ha lasciato un segno tangibile nel settore industriale, stravolgendo completamente i metodi operativi e lo sviluppo dei prodotti.

Quando i materiali smart diventeranno sempre più popolari, allora sarà la stampa 4D a rivoluzionare ulteriormente la produzione. Sebbene questa tecnologia sia in fase embrionale, le possibili applicazioni sono già state pensate. Non appena sarà disponibile verrà subito espresso tutto il suo potenziale.