ما هي الطباعة رباعية الأبعاد؟

من المتعارف عليه تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، قمن التقنيات الحديثة النشوء وهي تكنولوجيا الطباعة رباعية الأبعاد, ما هي؟

في مقال سابق تناولنا تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، اليوم سنعرفكم على تقنية حديثة النشوء وهي تكنولوجيا الطباعة رباعية الأبعاد !

Libyan sci club - النادي الليبي للعلوم

ماهي الطباعة رباعية الأبعاد (4D Printing)؟

بلغ عمر التصنيع الإضافي أو الطباعة الثلاثية 3D أكثر من ثلاثين سنة، وهي متواجدة اليوم ليس في مختلف المصانع فحسب بل في البيوت أيضا، بعد انخفاض سعرها إلى ما دون 1000 دولار أمريكي. مع العلم أنه يمكنك بها طباعة أي شيء تقريبا، ، وهذا ما يفتح فرصاً غير محدودة بالنسبة لنا لتصنيع لعب الأطفال والأجهزة المنزلية والأدوات الخاصة بغرف المعيشة لدينا.

ولكن هناك المزيد الذي يمكن القيام به مع المواد المطبوعة بتقنية 3D لجعلها أكثر مرونة وأكثر فائدة: وهو الهياكل التي يمكن ان تتحول بطريقة مبرمجة مسبقا في استجابة لحافز خارجي . وذلك يتم بالتقنية التي أعطت مؤخرا اسم "الطباعة 4D"، وربما أفضل طريقة للتفكير فيها هو تحول transform الجسم مع مرور الوقت أي يمكنك اعتبار الزمن هو البعد الرابع!

تعتمد تقنية الطباعة رباعية الأبعاد 4D على التطورات المتسارعة في عالم أبحاث الجزيئات الصغرية والتي تتيح برمجة هذه الجزيئات الفيزيائية لتصبح قادرة على تغيير شكلها ومواصفاتها حسب الطلب.
أي إن مصطلح الطباعة رباعية الأبعاد 4D يعني القدرة على إنتاج مواد وأشكال يمكنها تغيير شكلها مع مرور الزمن أو تجميع نفسها بنفسها دون تدخل خارجي، وذلك باستخدام طابعات سهلة الاستخدام وذات كلفة منخفضة.

هذا النوع من التغيرات الهيكلية ليس بجديد - فقد أوضح الباحثون بالفعل خصائص "الذاكرة" و "المواد الذكية".
واحدة من التقنيات الأكثر انتشارا هي ما يعرف بذاكرة تركيب الأشكال، حيث أن تغير درجة الحرارة يؤدي إلى تغيير الشكل. بينما تستخدم طرق أخرى البوليمرات المفعّلة كهربائيا ، والسوائل المضغوطة أو الغازات، التحفيز الكيميائي وحتى الاستجابة للضوء.

في ورقة نشرت في تقارير مجلة Nature العلمية ، نظرنا في تصميم التغيرات الذاتية التعقيد للأجسام التي تم طباعتها من المواد المتعددة كوسيلة لتخصيص الجسم في أشكال محددة.
على عكس العديد من الآخرين الذين أوضحوا كيفية ثني الأشكال البسيطة ?اشباه الورق)، نحن بنينا شبكة ثنائية الأبعاد يمكنها إعادة تشكيل نفسها عن طريق التمدد أو الانكماش في جميع أنحاء سطح معقد ثلاثي الأبعاد.

تخيل إسقاط قطعة قماش مسطحة قابلة للتشكيل على جسم عشوائي الشكل، عندها تتقولب قطعة القماش على الشكل الذي وقعت عليه، من ناحية هندسية، تتغير تضاريس شكل قطعة القماش لتناسب الجسم، وتغير المسافات والمساحات.
أخذنا هذا بعين الاعتبار من خلال توفير الحلول التي تتواءم مع الانحناء والتوسع في الحجم أيضا، وقد خرجنا بالعديد من التصاميم التي أثبتت أن هذا بالإمكان تحقيقه.

*التحول تحت الماء

بدء رئيس مختبر التجميع الذاتي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Skylar Tibbits هذا النوع من البحوث قبل بضع سنوات مع المواد التمددية والتغيرات الشكلية البسيطة. تعاون الباحثين من معهد ماساتشوستس ومختبر التجميع الذاتي وشركتي Stratasys و Autodesk أخذ أبعد من ذلك.

كان نهجنا هو طباعة هياكل ثلاثية الابعاد باستخدام مواد ذات خصائص مختلفة: إحداها تبقى جامدة والأخرى تتمدد حتى 200? من حجمها الأصلي. وضعت مواد التمدد استراتيجيا على الهيكل الرئيسي لإنتاج المفاصل التي تتمدد وتنطوي مثل القشة المنثنية عند تفعيلها بالمياه، لتشكيل طيف واسع من الأشكال. على سبيل المثال، طباعة الحروف"MIT" ثلاثيا يمكن إعادة تشكيها لتصبح مثلا الحروف "SAL".
فيديو يوضح تم تصويره في استديو http://goo.gl/8wqmfi (TED)

*ماذا الآن؟
ونحن نتصور أن هناك مجموعة واسعة من التطبيقات مثل الأجهزة المنزلية والمنتجات التي يمكن أن تتكيف مع حرارة أو الرطوبة لتحسين وسائل الراحة أو زيادة الأداء الوظيفي. على سبيل المثال منتجات رعاية الأطفال التي يمكن أن تتفاعل مع الرطوبة أو الحرارة، أو الملابس والأحذية التي تحسين شكلها ووظيفتها من خلال تفاعلها مع المتغيرات البيئية.

هناك أيضا استخدامات أخرى للمواد المبرمجة مسبقا الذاتية التشكل في مجال الرعاية الصحية - الباحثين يطبعون مكونات حيوية يمكن زرعها في جسم الإنسان. كما أن هناك العديد من الاستخدامات التي من شأنها المساعدة في اجراء العمليات الجراحية من دون تدخل خارجي من الجراح. وخير مثال على هذا هو أنابيب القلب المصممة بشكل فردي.

كان هذا دليلا على مفهوم المواد المتحولة ذاتيا self-transforming materials ، مع عملية انتاج سهلة وتركيبة متاحة من الأدوات لتخصيص وتحليل العملية.
ولكن على الرغم من ذلك فهذا يبقى غيض من فيض - في المستقبل نحن نهدف إلى إنتاج هياكل أكبر يمكنها التعامل مع تحولات أكثر تعقيدا، وكذلك اصغر كالنماذج المصغرة التي يمكن استخدامها داخل جسم الإنسان، في حين وجدنا أن التغيرات يمكن تطبيقها مرارا، لكن ما يشكل عقبة هو ان المواد قد تفسد بعد فترة من الوقت، لذلك نحن بحاجة إلى زيادة تحسين مستوى المتانة والتحمل على المدى الطويل.

تخيل منزلاً يمكنه أن يعرف بأن مولوداً جديداً سيصل قريباً، ليقوم بنفسه ببناء غرفة مخصصة لهذا المولود توفر له أفضل الظروف البيئية كالإضاءة الجيدة ودرجة الحرارة الملائمة. وسيقوم المنزل أيضاً بتطوير وتعديل مواصفات هذه الغرفة لتواكب مراحل نمو الطفل واحتياجاته المتغيرة. قد تبدو هذه الفكرة مجرد شطحة من مخيلة مؤلفي أفلام وروايات الخيال العلمي، لكنها قد تتحقق في الواقع خلال فترة لن تطول كثيراً.
مع الطباعة رباعية الأبعاد هناك الكثير مما يمكننا أن ننجزه.
________________________
شكرا على قراءة المقال :)
لا تنسى دعمنا باعجاب تعليق ومشاركة

المصدر : http://goo.gl/MoTxXk
رابط الورقة العلمية :http://goo.gl/KvEapw
كاتب التقرير : Dan Raviv
ترجمة : Omar Almay
مراجعة وتصميم: Amjed Khrwat

#هندسة #تكنولوجيا #فيزياء #كيمياء #نانو #علم #الطباعة_رباعية_الأبعاد