طباعة رباعية الأبعاد

تستخدم الطباعة رباعية الأبعاد (فور دي برينتغ؛ والمعروفة أيضًا بالطباعة الحيوية رباعية الأبعاد، أوالأوريغامي النشط، أوأنظمة تشكيل الأشكال) نفس تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد من خلال ترسيب المواد المبرمج بالحاسوب في طبقات متتالية لإنشاء كائن ثلاثي الأبعاد. ولكن، تضيف الطباعة رباعية الأبعاد بعدًا للتحول بمرور الوقت. لذا تعد نوعًا من المواد القابلة للبرمجة، فبعد عملية التصنيع، يتفاعل المنتج المطبوع مع عوامل البيئة (الرطوبة ودرجة الحرارة وغيرها) ويغير شكله وفقًا لذلك. تنشأ القدرة على القيام بذلك من التكوينات الشبه لانهائية بدقة الميكرومتر، التي تخلق مواد صلبة ذات توزيعات مكانية جزيئية مهندسة، تسمح بأداء متعدد الوظائف غير مسبوق.

تقنيات الطباعة

الطباعة المجسمة (ستيريوليثغرافي) هي تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم البلمرة البصرية لربط الركيزة التي تضع الطبقات على بعضها، لإنشاء شبكة بوليمرية. على عكس النمذجة بالترسيب المنصهر، التي تتصلب فيها المادة المنبثقة فوريًا لتشكيل الطبقات، تعتمد الطباعة رباعية الأبعاد أساسًا على الطباعة المجسمة، فتستخدم الأشعة فوق البنفسجية في معظم الحالات لمعالجة المواد ذات الطبقات بعد اكتمال عملية الطباعة. يعد تنوع العناصر أساسيًا في هندسة اتجاه التحولات وحجمها تحت ظروف معينة، من خلال ترتيب المواد الدقيقة بكيفية توجد بها اتجاهية مدمجة للطباعة النهائية.

هندسة الألياف

تستخدم معظم أنظمة الطباعة رباعية الأبعاد شبكة من الألياف المتباينة في حجم وخصائص المواد. يمكن تصميم المكونات المطبوعة بتقنية الطباعة رباعية الأبعاد على المستوى الكلي وكذلك على المستوى الدقيق. يتحقق تصميم المستوى الدقيق من خلال عمليات محاكاة جزيئية/ليفية معقدة تقارب خواص المواد المجمعة لكل المواد المستخدمة في العينة. يرتبط حجم وشكل ومعامل ونمط توصيل عناصر بناء المواد هذه ارتباطًا مباشرًا بشكل التشوه تحت التنشيط المحفز.

البوليمرات/الهلاميات المائية التفاعلية

سكايلر تيبيتس هومدير مختبر التجميع الذاتي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وعمل مع مجموعة مواد ستراتاسيس لإنتاج بوليمر مركب يتكون من عناصر شديدة الألفة للماء وعناصر صلبة غير نشطة. سمحت الخصائص الفريدة لهذين العنصرين المتباينين بتضخم يصل إلى 150% في أجزاء معينة من السلسلة المطبوعة في الماء، بينما وضعت العناصر الصلبة قيودًا على البنية والزاوية للسلسلة المحولة. ابتكر تيبيتس وآخرون سلسلة يمكنها رسم حدثة «MIT» عند غمرها في الماء، وسلسلة أخرى تتحول إلى مكعب سلكي عند التعرض للظروف نفسها.

مراجع

↑ Tibbits, Skylar (2014-01-01). "4D Printing: Multi-Material Shape Change". Architectural Design (باللغة الإنجليزية). 84 (1): 116–121. doi:10.1002/ad.1710. ISSN 1554-2769.
^ Ge, Qi; Dunn, Conner K.; Qi, H. Jerry; Dunn, Martin L. (2014-01-01). "Active origami by 4D printing". Smart Materials and Structures (باللغة الإنجليزية). 23 (9): 094007. Bibcode:2014SMaS...23i4007G. doi:10.1088/0964-1726/23/9/094007. ISSN 0964-1726. مؤرشف من الأصل في 28 مارس 2020.
^ Ge, Qi; Sakhaei, Amir Hosein; Lee, Howon; Dunn, Conner K.; Fang, Nicholas X.; Dunn, Martin L. (2016-08-08). "Multimaterial 4D Printing with Tailorable Shape Memory Polymers". Scientific Reports (باللغة الإنجليزية). 6 (1): 31110. Bibcode:2016NatSR...631110G. doi:10.1038/srep31110. ISSN 2045-2322. PMC 4976324. PMID 27499417.
^ Li, Yi-Chen; Zhang, Yu Shrike; Akpek, Ali; Shin, Su Ryon; Khademhosseini, Ali (2017-01-01). "4D bioprinting: the next-generation technology for biofabrication enabled by stimuli-responsive materials". Biofabrication (باللغة الإنجليزية). 9 (1): 012001. Bibcode:2017BioFa...9a2001L. doi:10.1088/1758-5090/9/1/012001. ISSN 1758-5090. PMID 27910820. مؤرشف من الأصل في 28 مارس 2020.
^ Sydney Gladman, A.; Matsumoto, Elisabetta A.; Nuzzo, Ralph G.; Mahadevan, L.; Lewis, Jennifer A. (2016-04-01). "Biomimetic 4D printing". Nature Materials (باللغة الإنجليزية). 15 (4): 413–418. Bibcode:2016NatMa..15..413S. doi:10.1038/nmat4544. ISSN 1476-1122. PMID 26808461.
^ Ge, Qi; Qi, H. Jerry; Dunn, Martin L. (2013-09-23). "Active materials by four-dimension printing". Applied Physics Letters. 103 (13): 131901. Bibcode:2013ApPhL.103m1901G. doi:10.1063/1.4819837. ISSN 0003-6951.