فناوری‌های مواد و ساخت؛

پیشرفت‌های پرینت چهاربعدی، مواد هوشمند کنونی و تکنولوژی‌ها

پیشرفت‌های اخیر در روش ساخت مواد افزودنی (Additive Manufacturing)، که معمولا به‌عنوان چاپ سه‌بعدی شناخته می‌شود، با پیشرفتی حدود 40 سال، به محققان اجازه داده است تا اشکال پیچیده‌ای را که قبلا ساخت آنها با استفاده از روش‌های ساخت سنتی غیرممکن بودند، ایجاد کنند. شاخه تحقیقاتی که از چاپ سه‌بعدی نشئت گرفته است، چاپ چهاربعدی نامیده می‌شود که شامل چاپ با مواد هوشمند است که می‌توانند به محرک‌های خارجی پاسخ دهند.

یادداشت اول؛
پیشرفت‌های اخیر در روش ساخت مواد افزودنی (Additive Manufacturing)، که معمولا به‌عنوان چاپ سه‌بعدی شناخته می‌شود، با پیشرفتی حدود 40 سال، به محققان اجازه داده است تا اشکال پیچیده‌ای را که قبلا ساخت آنها با استفاده از روش‌های ساخت سنتی غیرممکن بودند، ایجاد کنند. با استفاده از چاپ سه‌بعدی، محققان قادر به ایجاد طرح‌های پیچیده، چند ماده‌ای، ربات‌های از را دور، طرح‌های تولید شده از الگوریتم‌های بهینه‌سازی، سیستم‌های انتقال دارو و حتی محیط‌های ریز برای بافت‌های زیستی هستند. فن‌آوری‌های چاپ سه‌بعدی معمولی بر ساختن سازه‌های استاتیکی از یک ماده واحد متمرکزشده‌اند، که نمی‌توانند پاسخگوی تمام خواسته‌های توابع دینامیکی موردنیاز برنامه‌هایی مانند وسایل جراحی، بسته‌بندی‌های خود تاشو و توربین‌های بادی باشد.
شاخه تحقیقاتی که از چاپ سه‌بعدی نشئت گرفته است، چاپ چهاربعدی نامیده می‌شود که شامل چاپ با مواد هوشمند است که می‌توانند به محرک‌های خارجی پاسخ دهند.
چاپ چهاربعدی، با استفاده از یکپارچه‌سازی بعد زمان، امکان ایجاد اشکالی که به‌صورت دینامیکی و مبتنی بر تقاضا، کنترل‌پذیر هستند را فراهم می‌کند.
دستاوردهای اخیر در مواد هوشمند مصنوعی، چاپگرهای جدید، مکانیزم تغییر شکل و مدل‌سازی ریاضی، امکان چاپ چهاربعدی را تا حد زیادی گسترش داده است.
در این یادداشت، پیشرفت‌های درزمینه چاپ چهاربعدی با تمرکز بر کاربردهای عملی آن بررسی شده است.
طبق تحقیقات مومنی و همکارانش، چاپ تیغه‌های توربین بادی، که ساختارهای برگ گیاه را با استفاده از پلیمرهای با حافظه شکلی (SMP) تقلید می‌کنند، می‌تواند خواص ساختاری و مکانیکی تیغه‌ها را تا حد زیادی بهبود ببخشد. تیغه می‌تواند هنگام گرم شدن تغییر کند تا با باد سازگار شود و هنگام گرم شدن مجدد در محیط ملایم، شکل اصلی خود را حفظ کند. تیغه هوشمند در یک چرخه چاپ، بدون نیاز به قطعات الکترونیکی یا عملیات بعد از مونتاژ، ساخته شده است. این نوع عملکرد از بعد چهارم بهره می‌برد و آن بعد زمان است که امکان تغییر شکل را فراهم می‌کند.
این ایده بعد چهارم، حوزه تحقیقاتی جدیدی نشئت گرفته از روش ساخت مواد افزودنی، به نام چاپ چهاربعدی را معرفی می‌کند.
ازاین‌رو، چاپ چهاربعدی، ساختارهای فرا ماده‌ای با واکنش‌های ساختاری انطباق مختلف ناشی از تغییر محیط عملیاتی‌شان ایجاد می‌کند.
ایده چاپ چهاربعدی اولین بار توسط Tibbit مطرح شد. پس‌ازآن، این تعریف توسط محققان به‌عنوان ساختارهای چاپ‌شده سه‌بعدی که تغییر شکل یا خاصیت هدفمند تحت محرک خارجی نشان می‌دهند، تصحیح‌شده است. در حال حاضر، بیشتر تحقیقات بر توانایی تغییر شکل ساختارهای چاپی چهاربعدی ازجمله خم شدن، کشیدگی، پیچ‌خوردگی و حرکت موج‌دار متمرکز است. این رفتارها را می‌توان برای ساخت قفل، بالابر، میکرولوله‌ها، ربات‌ها و حتی اسباب‌بازی‌ها، برنامه‌ریزی کرد.
برای دست‌یابی به تغییر شکل جهت‌دار (برخلاف تورم بیهوده)، ساختار چاپی چهاربعدی از ناهمسانگردی ماده تشکیل‌شده است. این امر مستلزم چاپ ترکیبی از چندین ماده است.
تحقیقات درزمینهٔ چاپ چهاربعدی بسیار نزدیک به چاپ سه‌بعدی است که پیشرفت آن می‌تواند امکانات جدیدی را برای چاپ چهاربعدی فراهم کند.
در یادداشت بعدی، در رابطه با کاربردهای چاپ سه‌بعدی بحث می‌شود.
منبع:
Paper: “Developments in 4D-printing: a review on current smart materials, technologies, and applications, Zhizhou Zhang, Kahraman G. Demir & Grace X. Gu, International Journal of Smart and Nano Materials”.
کلمات کلیدی

تصاویر