4D الطباعة؟ ربط التصنيع الإضافي بالمواد الذكية

4D الطباعة؟ ربط التصنيع الإضافي بالمواد الذكية

بينما ما زلنا نحاول فهم إمكانيات وحدود طباعة ثلاثية الأبعاد والتصنيع الإضافي ، ظهر مصطلح جديد لمفرداتنا. الطباعة رباعية الأبعاد ليست أكثر من تقنية تصنيع رقمية – طباعة ثلاثية الأبعاد – تتضمن بعدًا جديدًا: الزمني. هذا يعني أن المواد المطبوعة ، بمجرد أن تصبح جاهزة ، ستكون قادرة على التعديل أو التحويل أو التحرك بشكل مستقل بسبب خصائصها الجوهرية التي تستجيب للمحفزات البيئية.

تم تعميم هذا المفهوم من قبل الباحث سكايلر تيبيتس، الذي ينسق معهد ماساتشوستس تقنية (معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا) معمل التجميع الذاتيبالتعاون مع ستراتاسيس وأوتوديسك. لا تزال التكنولوجيا جديدة تمامًا ، ولكن من المتوقع استخدامها في العديد من المجالات ، من الإنشاءات والبنية التحتية والسيارات والطيران وحتى في مجال الرعاية الصحية ، جنبًا إلى جنب مع الطباعة الحيوية.

تعتمد الطباعة رباعية الأبعاد بشكل مباشر على المواد المستخدمة في إنشاء الكائن. ما يسمى بالمواد الذكية ، كباحث آنا بلوزاجسكي يظهر في هذه المحاضرة، هي مواد صلبة لها خاصية – شكلها أو أبعادها أو لونها – تتغير استجابةً لمحفز خارجي ، مثل الحرارة أو الضوء أو الرطوبة أو الضغط أو المغناطيسية ، وهي بسيطة بسبب خصائصها المادية الداخلية. بحسب آنا: “عالم اليوم المادي ثلاثي الأبعاد مصنوع من مواد غير فعالة وغير حية مثل الطوب والفولاذ والزجاج. تتكون الهياكل رباعية الأبعاد من “المواد الذكية” النشطة والمتحركة والتي تتحرك بشكل مستقل – تتورم أو تنكمش أو تنحني كرد فعل لمحفز – جنبًا إلى جنب مع مواد سلبية. وهذا يسمح لهم بالتحرك وتغيير الشكل بدون الروبوتات أو الإلكترونيات أو المحركات “.

تستشهد بمثال كوز الصنوبر كمادة طبيعية ذكية. الطريقة التي تعمل بها هي من خلال طبقتين من الألياف الصلبة التي تعمل في اتجاهات مختلفة ، مما يسمح بفتح أو إغلاق المخروط ، بحيث يتم إطلاق البذور فقط عندما يكون الوقت مناسبًا للإنبات في التربة (حار وجاف). عندما تكون الرطوبة عالية ، يظل المخروط مغلقًا لحماية البذور. هذا مثال واحد على كيفية السعي لفهم وتكرار عمليات الطبيعة المعقدة للتكيف والمرونة والكفاءة وهو أمر يحفز مهندسي المواد. إنها أيضًا القوة الدافعة وراء تقليد الطبيعة، حيث يمكن للطباعة رباعية الأبعاد أن تجسد العديد من الأفكار التي لم تحققها التكنولوجيا بعد.

الغرض الرئيسي من الطباعة رباعية الأبعاد هو القدرة على برمجة المواد ، مما يجعلها تتفاعل وفقًا للمعايير البيئية. لكن ما الذي يمكن أن يستخدم هذا؟ في هذا الكلاميُظهر Skylar Tibbits بعض التجارب الجارية حيث تنحني الأجسام ، عند تسخينها أو تحفيزها بطريقة ما ، وتفترض أحجامًا أخرى ثلاثية الأبعاد. يذكر الباحث أيضًا الاحتمالات الأخرى المختلفة للطباعة رباعية الأبعاد ، كما هو الحال في مجال البنية التحتية: على سبيل المثال ، أنبوب الصرف الذي يمكن أن ينكمش أو يتوسع مع تدفق المياه ؛ أو نظام الصرف الصحي الذي يمكنه نقل النفايات من خلال الانقباضات والاسترخاء على غرار الحركات التمعجية للأمعاء ، والتي يمكنها التغلب على المنحدرات في التضاريس.

يمكن رؤية التطبيقات المستقبلية في البناء والتصنيع أو صناعات المواد المتقدمة حيث يمكن للأجزاء أن تتحول من مواد خام إلى هياكل نهائية مدمجة في المكان دون تدخل بشري. يعد هذا حقًا تحولًا جذريًا في فهمنا للهياكل ، والتي ظلت حتى هذه النقطة ثابتة وصلبة (الفضاء الجوي ، والسيارات ، وصناعات البناء ، وما إلى ذلك) وستكون قريبًا ديناميكية وقابلة للتكيف وقابلة للضبط للأداء عند الطلب . من المحتمل أن تؤدي الطباعة رباعية الأبعاد المعززة بتقنية المواد المتعددة إلى إحداث ثورة في قدرتنا على التحكم في المواد وبرمجتها بدقة من تصور الفكرة إلى طباعة التحولات المتغيرة الشكل. (سكايلر تيبيتس | معمل التجميع الذاتي ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا)

https://www.youtube.com/watch؟v=7Q_Fu1KlVac

هناك أيضا بالفعل بحث جاد على الطباعة رباعية الأبعاد من المواد البوليمرية لتجديد الأنسجة والأعضاء ، أو حتى من أجل إعادة بناء العظام. الاحتمالات لا حصر لها ويمكن أن تذهب التجارب إلى أبعد من ذلك بكثير. تخيل كل شيء يمكن أن توفره المواد الذكية والطباعة رباعية الأبعاد مظاريف المبنى، والتكيف مع المناخ والاستجابة للمحفزات الأكثر تنوعًا. على الرغم من أن التكنولوجيا لا تزال في مهدها وتتركز في عدد قليل من المعامل التقنية حول العالم ، يبدو أنها تتمتع بمستقبل واعد. عندما نسعى إلى فهم الطبيعة وتقليدها بدلاً من إتقانها ، غالبًا ما تكون النتائج مثيرة للإعجاب. إذا أظهر التاريخ أنه ليس الأقوى على قيد الحياة ، ولكن الذي يتكيف بشكل أفضل مع التغيير ، فإن الطباعة رباعية الأبعاد باستخدام المواد الذكية تبدو وكأنها شيء يجب مراعاته.

ملحوظة: نُشر هذا المقال في الأصل في 29 أغسطس 2021.

هذه المقالة جزء من موضوع ArchDaily: ممارسات جديدة، قدمها بفخر بيري. لبيري يبحث قسم المنتجات والتقنيات المستقبلية في التقنيات التخريبية التي لديها القدرة على تغيير صناعة البناء بشكل أساسي. الهدف هو التعرف على علامات المستقبل والمساعدة في تشكيل هذا المستقبل. من خلال نهج منهجي ، بيري وبالتالي توسع كفاءاتها الأساسية وتعمل كرائدة واضحة في السوق. تعلم المزيد عن مواضيعنا الشهرية. كما هو الحال دائمًا ، في ArchDaily ، نرحب بمساهمات قرائنا ؛ إذا كنت تريد إرسال مقال أو مشروع ، اتصل بنا.