چاپ چهار بعدی چیست و چه تاثیری در تولید محصولات خواهد داشت؟
در دنیای امروز شاهد تکنولوژیهای جدید و پیشرفته هستیم که تقریبا در تمام صنایع و کسب و کارها نفوذ کرده است. طوری که دیگر نمیتوان کسب و کاری را بدون تکنولوژیهای نوین تصور کرد. در مورد صنعت چاپ هم همین طور است. از خدمات و روشهای چاپی گرفته تا انواع تجهیزات و محصولات همگی حاصل تکنولوژیهای جدید هستند. چاپ سه بعدی یکی از این فناوریهای جدید میباشد که در طی سالهای اخیر توجه همه را به خود جلب کرده است. با اینکه هنوز چاپگرهای سه بعدی در حال ظهور و پیشرفت هستند فناوری جدیدی به نام چاپ چهار بعدی ایجاد شده است.
در این روش چاپی جدید که بر پایه چاپ سه بعدی بنا شده است. با به کار گرفتن مواد، برنامه و دستگاههای مخصوص سازههایی تولید میشود که میتواند بسیاری از صنایع را متحول کند. چاپ 4D قابلیتهای بسیار زیادی دارد که تعدادی از آنها در مرحله آزمایش است. براساس پژوهشهای انجام شده، این نوع از چاپ در حوزههای مختلف و در طراحی تولید محصولات متنوع میتواند بسیار کارساز باشد.
پرینت چهار بعدی چیست؟
پرینت چهار بعدی فرآیندی است که از طریق آن یک شی پرینت شده سه بعدی خود را به ساختاری دیگر تحت تاثیر انرژی ورودی خارجی به عنوان دما، نور یا سایر محرکهای محیطی تبدیل میکند. این فناوری بخشی از پروژه آزمایشگاه خود مونتاژ MIT است. هدف از این پروژه ترکیب فناوری و طراحی برای ابداع فناوریهای خود مونتاژ و مواد قابل برنامه ریزی با هدف بازبینی ساخت، تولید، مونتاژ محصول و عملکرد است. چاپ 4D از چاپگرهای سه بعدی برای ایجاد اشیاء سه بعدی زنده بدون سیم یا مدار استفاده میکند. و این کار را با استفاده از مواد هوشمند انجام میدهد.
که این مواد میتوانند برای تغییر شکل، رنگ یا اندازه در هنگام دریافت یک محرک خارجی برنامه ریزی شوند. در مورد رزینهای هیدروژل، پلیمرهای فعال یا حتی بافتهای زنده چنین است. آنها به صورت سه بعدی با طراحی خاصی چاپ میشوند. که در طول زمان و در تماس با رطوبت، نور، فشار یا دما برای رسیدن به نتیجه مورد نظر، تکامل یابند.
دستگاه چاپ چهار بعدی چگونه کار میکند؟
دستگاه چاپ چهار بعدی، از ترکیب چهار نوع تکنولوژی مختلف از جمله: جوهر افشان، آئروسل، چاپ با تکنیک انتقال مستقیم مرکب و مدل سازی رسوب استفاده میکنند. این شیوهی عمل میتواند محصولات متنوعی را از موادی نظیر: هیدروژل، جوهر رسانا، الاستومرها و پلیمرها بسازد و پلیمرهای هوشمند (حافظهدار) را شکل دهد. یعنی اینکه میتواند به صورتی برنامه ریزی شود که یک شکل را به یاد داشته باشد و سپس زمانی که با دمای خاصی به آن حرارت داده و به آن شکل تبدیل شود.
در واقع مواد قابل استفاده در این روش چاپی غالبا موادی هوشمند و دارای ویژگیهای خاصی هستند که به شکل خاص طراحی شدهاند تا بتوانند تحت محرکهای بیرونی تغییر پیدا کنند. این مواد هوشمند با رشتههای استاندارد پلاستیکی وصل میشوند و قادر به جذب آب هستند. هنگامی که شکل یا مدل چاپ شد، مواد هوشمند حاوی آب قادر به گسترش هستند و بقیه ساختار را وادار به چرخاندن یا خم کردن میکنند. بنابراین هنگامی که یک مدل چاپی مونتاژ میشود، شکل جدیدی را به وجود آورد.
به طور کلی در طول فرایند چاپ چهار بعدی، با استفاده از یک چاپ چند مادهای مانند: چاپ سه بعدی، یک محصول یا مکانیسم میتواند از شکل یک بعدی به دو بعدی، از دو بعدی به سه بعدی و از سه بعدی به چهار بعدی تغییر پیدا کند. این تکنیک با استفاده از آب، حرارت، نور و یا دیگر انرژیها، قابلیت سازگاری و پاسخ دینامیکی را برای سیستمها و ساختارهای مختلف فراهم میکند.
تفاوت چاپ سه بعدی و چهار بعدی چیست؟
طبیعی است چاپ چهار بعدی یک بعد بیشتر از چاپ سه بعدی دارد. چاپ سه بعدی در مورد تکرار ساختار دو بعدی در یک مسیر چاپی است، لایه به لایه تا زمانی که یک حجم سه بعدی ایجاد شود. فرآیند چاپ چهار بعدی به تغییر چاپ سه بعدی در طول زمان اشاره دارد، به این معنا که بعد چهارمی به نام زمان به آن اضافه میشود. بنابراین، مزیت و پیشرفت بزرگ چاپ چهار بعدی نسبت به سه بعدی در توانایی تغییر و تبدیل شکل در طول زمان است.
چیزی که باعث تفاوت پرینت سه بعدی با پرینت چهار بعدی میشود این است که سازهها میتوانند با گذشت زمان شکل خود را تغییر دهند. به همین دلیل نیازمند وجود موادی منحصر به فرد و طراحیهای ویژه است. نیاز به طراحیهای جدید برای خلق سازههای سه بعدی است که بتوانند در برابر وجود محرکهای خارجی مثل: گرما، نور یا آب تغییر شکل بدهند.
مکانیزم پرینت چهار بعدی
در پرینت چهار بعدی، برای شروع دگرگونی نیاز به یک محرک است. این محرک میتواند آب، نور، گرما یا جریان الکتریکی باشد. برخی دیگر از محرکهای هم وجود دارند که باید تحقیقات عمیقتری انجام شود. برای بعضی از فرآیندهای پرینت چهار بعدی، نیاز به مواد خاصی است. این مواد باید توانایی واکنش به این محرکها را داشته باشند. هیدروژل نوع خاصی از جوهر هست که در برخورد با آب تغییر حالت میدهد که به آن هیدروژل میگویند. جوهر هیدروژل ساختار جدیدی برای اجسام ایجاد میکند.
تکنیکهای چاپ چهار بعدی
استریولیتوگرافی یک تکنیک پرینت سه بعدی است که از فوتوپلیمریزاسیون یک شبکه پلیمری ایجاد میکند. چاپ 4D اساسا مبتنی بر استریولیتوگرافی است، جایی که در بیشتر موارد از نور ماوراء بنفش برای درمان مواد لایهای پس از تکمیل فرآیند چاپ استفاده میشود. ناهمسانگردی (anisotropy) در مهندسی جهت و بزرگی دگرگونیها در یک شرایط معین، با چیدمان ریز مواد به گونهای حیاتی است که برای چاپ نهایی، جهت گیری تعبیه شده وجود داشته باشد.
با چاپ چهار بعدی قطعات چگونه خم میشوند؟
بر اساس شکلی که کاربر میخواهد محصول نهایی داشته باشد، نرم افزار سفارشی به طور اتوماتیک سرعت قرار گرفتن پلاستیکی که تمایل به پیچ خوردن داشته را بر روی قسمتهای خاصی از ورقه قرار میدهد. و سپس ترتیب تزریق دو پلاستیک در نواحی مختلف را کنترل میکند. هنگامی که ورق سخت و صاف در آب با درجه حرارتی که برای نرم شدن آن کافی باشد قرار میگیرد، مناطقی از آن تحت تاثیر قرار میگیرند. و در آن مناطق خمیدگی رخ میدهد. جهت خمیدگی را چگونگی قرار گیری پلاستیکها مشخص میکند.
نتیجه گیری
چاپ 4D اساسا فرایندی است که توانایی تغییر شکل و یا افزودن ابعاد جدید به ساختارهای چاپ سه بعدی را دارد. انتظار میرود چاپ چهار بعدی همانند: تکنولوژی چاپ سه بعدی بتواند انقلابی در عرصه ساخت و تولید ایجاد کند. اگر چه این تکنولوژی هنوز در ابتدای مسیر خود است و زمان زیادی میبرد تا به صورت فراگیر در دسترس قرار گیرد. اما بدون شک به کارگیری مواد هوشمند تحولی بسیار جالب در عرصه علم و مهندسی مواد خواهد بود.