Πολλά πεδία έχουν επηρεαστεί σε μεγάλο βαθμό από την 3D εκτύπωση, από τεχνολογικούς και βιομηχανικούς τομείς, φαρμακολογία έως ηλεκτρονικά
Αυτή η μέθοδος είναι δημοφιλής επειδή μπορεί να μειώσει σημαντικά τον χρόνο που απαιτείται για την παραγωγή ενός αγαθού, διατηρώντας παράλληλα την ποιότητα του προϊόντος.
Η χρήση της 4D εκτύπωσης το οδηγεί στο επόμενο επίπεδο, επειδή τα εξαρτήματα που παράγονται όχι μόνο έχουν πολύπλοκες 3D δομές
αλλά και αλλαγή σχήματος ή διαμόρφωσης μετά την εκτύπωση.
Σύμφωνα με τον Wenzheng Wu,
καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Jilin στην Κίνα,
«Η εκτύπωση 4D αναφέρεται στην τρισδιάστατη εκτύπωση εξαρτημάτων που αποκρίνονται που μπορούν να αλλάξουν τα σχήματα ή τις ιδιότητές τους με προγραμματισμένο τρόπο υπό εξωτερικές διεγέρσεις
όπως υγρασία, φως, θερμότητα, ηλεκτρικά πεδία, μαγνητικά πεδία και ούτω καθεξής.»
Σύμφωνα με τον Luquan Ren, καθηγητή στο ίδιο πανεπιστήμιο,
«Αυτή η τεχνική είναι μια νέα τεχνολογία κατασκευής,
που μπορεί να εξοικονομήσει χρόνο, ενέργεια και υλικά διαδικασίας.»
Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διόρθωση εξοπλισμού της αεροδιαστημικής βιομηχανίας, όπως κατεστραμμένα εξαρτήματα δορυφόρου ή διαστημικού σταθμού.
Γενικά, τα μέρη υφίστανται τυχαία ζημιά και τα μεγέθη και τα σχήματά τους ποικίλλουν,
αυξάνοντας την πιθανότητα δυσλειτουργίας ενός δορυφόρου.
Τα μέρη μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο διάστημα εάν αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του μετασχηματισμού σχήματος των εξαρτημάτων.
Αυτά τα νέα χαρακτηριστικά, παρά ταύτα, εισάγουν νέες κατασκευαστικές δυσκολίες.
Πολυμερή, τα οποία αποτελούνται από μεγάλα μόρια με πολλές επαναλαμβανόμενες υπομονάδες,
και μοναδικά κράματα με μνήμη σχήματος,
που παραμορφώνονται όταν ψύχονται αλλά παίρνουν το αρχικό τους σχήμα όταν θερμαίνονται
είναι τα μόνα υλικά που έχουν χρησιμοποιηθεί μέχρι στιγμής στην 4D εκτύπωση.
Οι Li, Ren, Wu και οι συνεργάτες τους πρότειναν την προσθήκη ενός λέιζερ κατά τη διαδικασία εκτύπωσης για την παραγωγή ισχυρότερων και πιο προσαρμόσιμων εξαρτημάτων και την επέκταση της χρήσης της 4D εκτύπωσης σε μια ευρύτερη κατηγορία υλικών.
Κατάφεραν να βελτιώσουν σημαντικά μια μέθοδο γνωστή ως διάχυση κλίνης σκόνης λέιζερ που χρησιμοποιείται στην τρισδιάστατη εκτύπωση,
στο οποίο τήκονται μεταλλικές σκόνες και στη συνέχεια στερεοποιούνται στρώμα-στρώμα.
Η μελέτη τους δημοσιεύτηκε στο Advanced Science.
Σύμφωνα με τον καθηγητή Qingping Liu, συν-συγγραφέα του άρθρου,
«Οι υπολειμματικές τάσεις παράγονται συχνά κατά τη διάρκεια της τυπικής διαδικασίας τρισδιάστατης εκτύπωσης λόγω των υψηλών ρυθμών ψύξης και των μεγάλων διαβαθμίσεων θερμοκρασίας,
που με τη σειρά τους προκαλούν ελαττώματα επεξεργασίας όπως αποκόλληση,
ρωγμές και παραμορφώσεις».
Αντίθετα, η παραμόρφωση που προκαλείται από τη θερμική καταπόνηση που προκαλείται από το λέιζερ μπορεί να ελεγχθεί για την αναμόρφωση των τρισδιάστατων εκτυπωμένων δομών, οδηγώντας στην ανάπτυξη μιας νέας τεχνικής 4D εκτύπωσης.
Οι επιστήμονες κατάφεραν να παράγουν 14 μεταλλικές κατασκευές σε μορφή λουλουδιών,
μιμόζες, γλώσσες βατράχων, λιβελλούλες,
χελιδόνια, πεταλούδες, χέρια και νύχια χρησιμοποιώντας την τεχνική τους 4D εκτύπωσης λέιζερ.
Μόλις ψύξαν οι κατασκευές, πήραν τα αναμενόμενα μηχανικά χαρακτηριστικά.
Παρόλο που η τεχνολογία είναι ακόμα στα σπάργανα και η ομάδα μπορούσε να εκτυπώσει μόνο πολύ βασικά αντικείμενα,
εξακολουθούν να πιστεύουν ότι η έρευνα αντιπροσωπεύει μια σημαντική πρόοδο.
Οι επιστήμονες αναμένουν ότι η μέθοδός τους θα χρησιμοποιηθεί σε πολλούς κλάδους της επιστήμης και της τεχνολογίας, ιδιαίτερα στους τομείς της αεροδιαστημικής και της αεροπορίας.
Για διαστημικούς σταθμούς που χρησιμοποιούνται αυτήν τη στιγμή,
αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη διόρθωση ακανόνιστης ζημιάς στο κέλυφος με τυπικά ανταλλακτικά.
Πηγή: Sciences Advanced
