امروزه در دنیای سیری ناپذیر و سریع تکنولوژی همواره موضوع مورد علاقه جدیدی وجود دارد. در حال حاضر چاپ چهار بعدی یکی از همین موضوعات جدید است. در این مقاله سعی خواهیم نمود تا مروری بر پرینت ۴ بعدی داشته و کاربردهای این تکنولوژی را با هم بررسی کنیم.
پرینت ۴ بعدی چیست؟
پرینت سه بعدی که به ساخت افزایشی نیز مشهور است، فایل های دیجیتالی را به اشیاء قابل لمس از طریق ساخت لایه به لایه آنها تبدیل می کند. چاپ ۴ بعدی نیز بسیار شبیه به چاپ سه بعدی است اما با یک تفاوت بزرگتر : در این روش از مواد خاص و طراحی های دیجیتالی استفاده می شود که قطعه پس از پرینت قابلیت تغییرشکل داشته باشد.
بنابراین پرینت ۴ بعدی تحولی نوین در صنعت چاپ سه بعدی تلقی می شود که در آن مواد خاصی پرینت می شوند که شکل قطعه را در مرحله پسا تولید تغییر می دهند.
مخترع چاپ ۴ بعدی کیست؟
امروزه چاپ ۴ بعدی توسط پیشگامان صنعت پرینترهای سه بعدی و محققان فعال در این زمینه در حال توسعه است. در سال ۲۰۱۷ پیشگامان این حوزه آزمایشگاه خود-مونتاژ دانشگاه MIT ، کمپانی Stratasys و شرکت تولیدکننده نرم افزارهای سه بعدی Autodesk بودند.
این تکنولوژی هنوز در در برخی از آزمایشگاه های نمونه سازی و مراکز تحقیقاتی در فاز پژوهشی و در برخی دیگر در مرحله بهره برداری آزمایشی قرار دارد؛ اما به عنوان مشتری شما نمی توانید به سایت یا مغازه ای سر زده و یک محصولی پرینت چهار بعدی یا وسیله ای برای پرینت چهاربعدی هرآنچه که در ذهنتان دارید پیدا کنید.
چاپ ۴ بعدی چگونه کار می کند؟
عملکرد محصولاد پرینت شده در چاپ ۴ بعدی
فرض کنید جعبه ای دارید که با پرینتری چاپ شده است. این خود به تنهایی جذاب است اما تصور کنید که جعبه به طور خودکار وجوه خود را صاف کند و سپس با حرکات منظم تا شدن و بسته بندی خود را انجام دهد. کاملا احمقانه به نظر می رسد زمانی که به پهن شدن وجوه یک جعبه و تبدیل آن از حالت ۳ بعدی به ۲ بعدی آن هم توسط خودش فکر می کنیم اما همین موضوع احمقانه و به نظر ساده در دنیای اقتصاد کاری بسیار بزرگ است.
برای مثال فرض کنید که یک شرکت باربری انباری دارد که در آن تمامی جعبه های مخصوص حمل و نقل کالا ذخیره شده اند. هر زمانی که این شرکت محموله ای از کالاها را دریافت می کند، تمامی کالاها از درون جعبه خارج می شوند تا به مقاصد تعیین شده ارسال شوند؛ حالا همین جعبه ها دوباره باید کاملا باز و پهن شده تا برای استفاده مجدد به مبدا اولیه محموله ها ارسال گردند.
حال فرض کنید که همان شرکت در یک روز ۵۰۰۰ جعبه را جابجا کند. بنابراین باید ۲۰۰ نفر را مسئول باز نمودن و بسته بندی آنها به کار بگیرد. با پرداخت ۱۰ دلار بر ساعت و با فرض ۷ ساعت روز کاری این شرکت باید ۱۴۰۰۰ دلار در روز به این نیروها دستمزد پرداخت کند.
به این ترتیب با داشتن جعبه های خود بازشونده و خودکار چنین شرکتی می تواند در سال ۵ میلیون دلار صرفه جویی داشته باشد. این تنها یک مثال از چگونگی کاربرد و مفید بودن پرینت ۴ بعدی می توانست باشد.
پرینت ۴ بعدی : شما نیاز به یک مکانیزم حرکتی دارید
در چاپ سه بعدی شما نیاز به یک محرک برای شروع تغییرشکل دارید. این محرک می تواند آب، گرما، نور یا جریان الکتریکی باشد. در این صورت بدیهی است که نیاز به مواد بخصوصی هم به منظور واکنش دادن با این محرک ها خواهید داشت. این مواد باید ویژگی برنامه پذیری داشته و بتوان در زمان های تعیین شده آنها را برای اعمال تغییرشکل های دلخواه تحریک نمود.
مکانیزم محرک در پرینت ۴ بعدی
مواد هوشمند
در تعریف، مواد هوشمند یا Smart Material یا ساختارهای هوشمند، مجموعه (یا جزئی از مجموعه) دارای کاربرد مهندسی هستند که در آنها شی دارای توانایی درک و فعال‌شدن را به منظور ایجاد تغییرشکل دارد. آلیاژهای حافظه‌دار نوعی از مواد هوشمند هستند. همچنین ساختارهای هوشمند ساختارهایی هستند که با عملکردی هوشمندانه در مقابل تغییرات محیطی، می‌توانند مانند موجودات زنده خود را با شرایط جدید وفق دهند. برخی از این مواد، هر نوع خدشه و خرابی در ساختار خود را پیش بینی نموده و نقایص خود را برطرف می‌سازند. یک یا چند ویژگی این مواد مانند شکل، سختی، فرکانس و رنگ آنها در یک حالت کنترل شده یا تحت اثر محرک نیروی الکتریسیته یا میدان‌های مغناطیسی به صورت قابل توجهی تغییر می‌کند.
مواد هوشمند
کاربردهای پرینت ۴ بعدی
از این فناوری می‌توان در تولید قطعات و اجسام پاسخگو و فعال استفاده نمود؛ برای مثال، لوله‌های آب و گازی را در نظر بگیرید که می‌توانند جهت گردش آب یا هوا تغییر شکل دهند. چنین لوله‌هایی را می‌توان به کمک فناوری پرینت چهار بعدی طراحی کرد. البته انتخاب ماده سازنده مناسب برای چنین محصولی نیز فاکتور بسیار مهمی به شمار می‌رود.
Skylar Tibbits مخترع طرح مفهومی پرینت چهار بعدی سعی کرده است با تشریح یک جفت کفش ورزشی پرینت گرفته شده، این فناوری را برایمان تفهیم کند:
“هنگامی که بسکتبال بازی می‌کنم، کفش‌هایم جوری تغییر شکل می‌دهند تا قوزک پا را پشتیبانی کنند. هنگام قدم گذاشتن بر روی چمن باید میخ‌دار شده و اگر باران می‌بارد ضد آب و رطوبت شوند. البته این بدان معنا نیست که کفش‌های ورزشی بتوانند بسکتبال بازی کردن من را درک کنند، اما میزان فشار ورودی از پا و انرژی مصرفی را شناسایی و ارزیابی خواهند کرد. به‌عنوان‌مثال تغییر شکل و حالت بر اساس فشار صورت می‌گیرد. یا رطوبت، دما و … ”
کاربرد دیگر تکنولوژی چاپ چهار بعدی مربوط به تولید اشیا بزرگتر نظیر پناهگاه و چادر قابل حمل باشد. چنین محصولاتی باید علاوه بر قابل حمل بودن، مطابق با نیاز فرد فشرده یا گسترده شوند. حتی اخیرا ارتش آمریکا بودجه نسبتا زیادی را به دانشگاه‌های Harvard، Pittsburgh و illinois اختصاص داده تا در زمینه طراحی اشیاء خود مونتاژ (Self-assembling) پژوهش‌های خود را ادامه دهند.
