الطباعة رباعية الأبعاد

تستخدم الطباعة بأبعاد 4 (الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والمعروفة أيضًا بـ 4D bioprinting أو الأوريجامي النشط أو أنظمة تشكيل الأشكال) نفس أساليب الطباعة ثلاثية الأبعاد من خلال ترسيب المواد المبرمجة بواسطة الكمبيوتر في طبقات متعاقبة لإنشاء كائن ثلاثي الأبعاد. ومع ذلك ، فإن الطباعة رباعية الأبعاد تضيف بعدًا للتحول بمرور الوقت. ولذلك فهو نوع من المواد القابلة للبرمجة ، حيث بعد عملية التصنيع ، يتفاعل المنتج المطبوع مع المعلمات في البيئة (الرطوبة ودرجة الحرارة ، وما إلى ذلك) ، ويغير شكله وفقًا لذلك. وتنشأ القدرة على القيام بذلك من التكوينات القريبة اللانهائية عند دقة الميكرومتر ، مما يخلق مواد صلبة مع توزيعات مكانية جزيئية هندسية ، مما يسمح بأداء متعدد الوظائف لم يسبق له مثيل. تعد الطباعة 4D تقدمًا جديدًا نسبيًا في تكنولوجيا التصنيع الحيوي ، حيث ظهرت بسرعة كنموذج جديد في تخصصات مثل الهندسة الحيوية وعلوم المواد والكيمياء وعلوم الكمبيوتر.

إن الطباعة رباعية الأبعاد ، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد هي عملية يتم فيها تطبيق طبقة المادة طبقًا للطبقة ويتم إنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد (قطع العمل) ، ولكن هنا أيضًا يتم النظر إلى البعد الرابع ، الوقت ، بالنسبة لقطع العمل النهائية. ونتيجة لذلك ، يمكن أن تتحرك الأشياء و / أو تتغير تحت مشغل حسي معين ، مثل عندما تكون على اتصال بالماء أو الحرارة أو الاهتزاز أو الصوت (مادة ذكية). تعد الطباعة رباعية الأبعاد في مرحلة مبكرة من التطور وتجمع بين العديد من العلوم مثل الهندسة الحيوية وعلوم المواد والهندسة والكيمياء وعلوم الكمبيوتر والهندسة.

تطبيقات افتراضية
مجالات التطبيق الممكنة الممكن تصورها هي:

المنزل والحديقة (مثل البناء التلقائي للأثاث ، تعديل مجال الحديقة)
بناء الأمن والهندسة المعمارية وحماية البيئة وتكنولوجيا الطاقة (مثل الأنابيب ذاتية التجديد)
صناعة الملابس والنسيج (على سبيل المثال للتكيف مع الطقس)
هندسة الطيران ، هندسة النقل والمرور (على سبيل المثال ، تكييف المواد مع الظروف البيئية ، حلة الفضاء التي تغير شكلها ، حواجز البناء الذاتي)
التكنولوجيا الطبية والبيولوجيا (على سبيل المثال زراعة الغرسات ، bioprinters)

تقنيات الطباعة
Stereolithography هي تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تستخدم عملية البلمرة الضوئية لربط الركيزة التي وضعت طبقة على طبقة ، وإنشاء شبكة البوليمر. على عكس النمذجة المبطنة للترسيب ، حيث تتصلب المادة المبثوقة على الفور لتشكيل الطبقات ، تستند الطباعة 4D أساسًا في الطباعة المجسمة ، حيث يتم استخدام الضوء فوق البنفسجي في معظم الحالات لعلاج المواد ذات الطبقات بعد اكتمال عملية الطباعة. تباين الخواص أمر حيوي في هندسة اتجاه وحجم التحولات تحت شرط معين ، من خلال ترتيب المواد الدقيقة بطريقة بحيث يكون هناك اتجاه مدمج للطباعة النهائية.

نمط 4D الطباعة
من الممكن ، من خلال الطباعة رباعية الأبعاد ، تحقيق طرق تصنيع سريعة ودقيقة للتحكم في عملية الانحناء الذاتي المكاني في الهياكل الناعمة المصممة حسب الطلب. يمكن تحقيق التحويلات المكانية والزمنية من خلال العديد من آليات التشغيل مثل الانتقال الطوري للجيل الكريستال السائل ، ومعامل التمدد الحراري ، وتناقضات التوصيل الحراري ، ومختلف نسب التورم والانسداد في الحزم ثنائية الطبقة أو المركب. يتمثل أحد الأساليب في طباعة نموذج 4D في التحكم في معلمات الطباعة ثلاثية الأبعاد ، مثل الأنماط المكانية المختلفة للمفصلات التي تؤثر على زمن الاستجابة وزاوية الانحناء لمنتجات الطباعة رباعية الأبعاد. تم تطوير نموذج بارامتري للخصائص الفيزيائية لألواح البوليمر ذات شكل الذاكرة التي تتضمن أنماط الطباعة ثلاثية الأبعاد لهذه الغاية. يتنبأ النموذج المقترح بالشكل النهائي للمشغل بالاتفاق النوعي الممتاز مع الدراسات التجريبية. يمكن لهذه النتائج المصادق عليها أن ترشد تصميم الطابعات الوظيفية التي تعتمد على النمط 4D.

بنية الألياف
تستخدم معظم أنظمة الطباعة 4D شبكة من الألياف التي تختلف في الحجم وخصائص المادة. يمكن تصميم المكونات المطبوعة 4D على النطاق الكلي والمقياس الصغير. ويتحقق تصميم النطاق الصغير من خلال عمليات محاكاة الجزيئية / الألياف المعقدة التي تقارب خصائص المواد المجمعة لجميع المواد المستخدمة في العينة. إن الحجم والحجم والمعامل ونمط التوصيل لبنات البناء هذه لها علاقة مباشرة بشكل التشوه تحت تنشيط التحفيز.

البوليمرات / الهلاميات المائية التفاعلية
Skylar Tibbits هي مديرة مختبر التجميع الذاتي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وعملت مع مجموعة Stratasys Materials لإنتاج البوليمر المركب المكون من عناصر شديدة الاهتزاز والعناصر الصلبة غير النشطة. سمحت الخصائص الفريدة لهذين العنصرين المتباينين ​​بنسبة تصل إلى 150٪ من التورم في أجزاء معينة من السلسلة المطبوعة في الماء ، في حين أن العناصر الصلبة تضع البنية وقيود الزوايا بالنسبة للسلسلة المحولة. تيبيتس وآخرون. أنتجت سلسلة تهجئ “MIT” عند غمرها في الماء ، وسلسلة أخرى تتحول إلى مكعب سلكي عندما تخضع لنفس الشروط.

مركبات السليلوز
ثييل وآخرون. استكشاف إمكانات المواد التي تعتمد على السليلوز والتي يمكن أن تستجيب للرطوبة. طوروا طبقة ثنائية الطبقات باستخدام استرات steraroyl السليلوز مع درجات استبدال مختلفة على كلا الجانبين. وكان لإستر واحد درجة إحلال 0.3 (درجة عالية من الماء) والأخرى كانت درجة الإحلال 3 (شديد التعكر). عندما تم تبريد العينة من 50 درجة مئوية إلى 22 درجة مئوية ، وارتفعت الرطوبة النسبية من 5.9 ٪ إلى 35 ٪ ، تعاقدت الجانب مسعور وتضخم الجانب hydrophilic ، مما تسبب في العينة لتتدحرج بإحكام. هذه العملية قابلة للانعكاس ، حيث أن عودة التغيرات في درجة الحرارة والرطوبة تسببت في سحب العينة مرة أخرى.

فهم التورم متباين الخواص ورسم الخرائط لمواءمة الألياف المطبوعة مسموح بها A. A. Gladman et al. لتقليد السلوك الناقد للنباتات. تستجيب الفروع ، والسيقان ، والبكسيات ، والزهور إلى المحفزات البيئية مثل الرطوبة والضوء واللمس عن طريق تغيير المتورغ الداخلي لجدران الخلايا وتكوين الأنسجة. مع الأخذ في الاعتبار من هذا ، قام الفريق بتطوير هيكل مركب هيدروجيل مع سلوك تورم خافت محلي يحاكي بنية جدار خلوي نموذجي. تجمع الليف السليلوزية أثناء عملية الطباعة إلى الميكروفايبرس مع نسبة عرض عالية (~ 100) ومعامل مرن على مقياس 100 جيغا. هي جزء لا يتجزأ من هذه الميكروفونات في مصفوفة مادة الأكريلاميد لينة للهيكل. والحبر اللزج المستخدم لطباعة هذا المركب المائي هو محلول مائي من N و dimethylacrylamide و nanoclay وجلوكوز أوكسيديز والجلوكوز والسليلوز nanofibrillated. و nanoclay هو معونة ريولوجية تحسن تدفق السائل ، ويمنع الجلوكوز تثبيط الأوكسجين عندما يتم شفط المادة بالأشعة فوق البنفسجية. بتجربة هذا الحبر ، أنشأ الفريق نموذجًا نظريًا لمسار الطباعة الذي يحدد اتجاه ليفي السليلوز ، حيث تكون الطبقة السفلية من الطباعة متوازية مع المحور السيني ويتم تدوير الطبقة العليا من الطباعة عكس اتجاه عقارب الساعة بزاوية θ. ويعتمد انحناء العينة على معامل المرونة ، نسب التورم ، ونسب سماكة الطبقة وسماكة طبقة ثنائية. وبالتالي ، فإن النماذج المعدلة التي تصف الانحناء يعني والانحناء الغاوسي هي ، على التوالي ،

و

غلادمان وآخرون. وجدت أن cur تقترب من 0 درجة ، تقارب تقارب معادلة تيموشينكو الكلاسيكية وينفذ بشكل مماثل لشريط متعلق بنظام المعدنين. ولكن مع اقتراب θ من 90 درجة ، يتحول الانحناء إلى شكل سرج. من خلال فهم ذلك ، يمكن للفريق التحكم بعناية في تأثيرات تباين الخواص وكسر خطوط التناظر لإنشاء الهليويك ، والتشكيلات الجانبية ، وأكثر من ذلك.

ديفيد كوريا وآخرون. تعمل مع مواد الخشب المركبة التي تغير الشكل اعتمادًا على اتجاه الحبوب المطبوع وتورمها المتباين عند امتصاص الماء. تم طبع هذا العمل ثلاثي الأبعاد ودراسته على المقياس الكلي بدلاً من المقياس الصغير ، مع ارتفاعات الطبقات عند كسور المليمترات بدلاً من الميكرونات. الخيط المستخدم في هذا البحث هو مركب الخشب وهو 60٪ من البوليستر المشترك و 40٪ من السليلوز. يربط البوليستر المشارك السليلوز معاً بينما يوفر السليلوز خصائص استرطابيّة للمركب. طورت طريقتان لهذا النوع من الطباعة. تستخدم الطريقة الأولى فقط مادة الخشب المركبة. تتم طباعة شكل التشوه المصمم بالتحكم في نمط الحبوب واتجاه الحبوب وسمك طبقة الطباعة وتفاعل طبقة الطباعة. في هذه الطريقة ، يحدث الانحناء استرطابي عمودي على اتجاه الحبوب. تستخدم الطريقة الثانية كلا من مركب الخشب وكذلك بلاستيك الطباعة ثلاثي الأبعاد القياسي. هذا امتداد للطريقة الأولى التي تقدم طبقة منفصلة من المواد غير المسترطبة التي لن تنتفخ عند تعرضها للماء. تنطلق هذه الفكرة من الأبحاث السابقة حول خصائص ثنائية المعدن الحرارية على أساس توسعها النسبي. يحدث الانحناء بالرطوبة فقط داخل طبقات الخشب المركب عندما تتعرض مطبوعات هذه الطريقة للمياه. لذلك ، فإن شكل التشوه هو نتاج كلا من طبقات الطبقات المادية وكذلك حبيبات طبقات الخشب المركبة ، مما يوفر تشوهًا أسرع وأكثر شدة من تركيب الخشب المركب وحده. كلتا الطريقتين تسمح لموادهم بالتشوه عندما تخضع للرطوبة ، وكذلك استعادة شكلها. الطريقة الأسرع الملاحظة لتغير الشكل هي عن طريق غمر المطبوعات بالكامل في الماء الدافئ.

البوليمرات / الهلاميات المائية الحرارية التفاعلي
Poly (N-isopropylacrylamide) ، أو pNIPAM ، هي مادة تستجيب للحرارة تستجيب عادة. هيدروجيل من pNIPAM يصبح ماء وتورم في محلول مائي من 32 درجة مئوية ، ودرجة حرارة الحل الحرجة منخفضة. درجات الحرارة فوق التي تبدأ في تجفيف هيدروجيل وتسبب في انكماش ، وبالتالي تحقيق تحول الشكل. وتتميز الهلاميات المائية المكونة من pNIPAM وبعض البوليمرات الأخرى ، مثل 4-hydroxybutyl acrylate (4HBA) ، بعكس قوي ، حيث أنه حتى بعد مرور 10 دورات من تغير الشكل ، لا يوجد تشوه في الشكل. Shannon E. Bakarich et al. إنشاء نوع جديد من حبر الطباعة 4D يتكون من الهلاميات المائية التساهمية الأيونية التي لها بنية مماثلة إلى الهلاميات المائية شبكة مزدوجة القياسية. ترتبط أول شبكة من البوليمر مع الكاتيونات المعدنية ، في حين ترتبط الثانية مع الروابط التساهمية. ثم يتم إقران هذه الهدرجة مع شبكة pNIPAM للتشديد والحرارية. في الاختبار المختبري ، أظهر هذا الجل انتعاشًا في الشكل بنسبة 41٪ -49٪ عندما زادت درجة الحرارة من 20 إلى 60 درجة مئوية (68-140 درجة فهرنهايت) ، ثم تمت إعادتها إلى 20 درجة مئوية. تم تصميم صمام ذكي للتحكم في السائل يتم طباعته من هذه المادة ليغلق عند لمس الماء الساخن وفتحه عند لمس الماء البارد. وبقي الصمام مفتوحًا في الماء البارد بنجاح وخفض معدل تدفق الماء الساخن بنسبة 99٪. هذا النوع الجديد من هيدروجيل مطبوعة بأربعة ديودات أكثر قوة من غيرها من الهلاميات المائية المشغلة حراريا ويظهر إمكانات في التطبيقات مثل هياكل التجميع الذاتي ، والتكنولوجيا الطبية ، والروبوتات الناعمة ، وتكنولوجيا المحسات.

بوليميرات الذاكرة الشكل الرقمي
تستطيع بوليمرات الذاكرة الشكلية (SMPs) استعادة شكلها الأصلي من شكل مشوه في ظروف معينة ، مثل عندما تتعرض لدرجة حرارة لفترة من الزمن. اعتمادا على البوليمر ، قد يكون هناك مجموعة متنوعة من التكوينات التي قد تتخذ المادة في عدد من ظروف درجة الحرارة. تستخدم SMPs Digtial تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد لتوجيه تحديد المكان ، والهندسة ، ومعدلات خلط ومعالجة SMPs ذات الخصائص المختلفة ، مثل انتقال الزجاج أو درجات حرارة انتقال تذوب الكريستال. ييكي ماو وآخرون. استخدم هذا لإنشاء سلسلة من مفصلات SMP الرقمية التي لها اختلاف في وصفها عن سلوكيات ميكانيكية حرارية وشكلية للذاكرة ، والتي يتم تطعيمها على مواد صلبة غير نشطة. وهكذا ، كان الفريق قادراً على تطوير عينة قابلة للطي ذاتية يمكن أن تنثني دون التدخل في نفسه ، بل وحتى تتشابك لإنشاء هيكل أكثر قوة. يتضمن أحد المشاريع صندوقًا قابل للطي ذاتيًا على غرار صندوق بريد USPS.

تشي جى وآخرون. صممت SMPs رقمية مصممة على أساس المكونات مع درجات متغيرة من المطاط ودرجات حرارة انتقال زجاجية مع سلالات عالية الفشل عالية تصل إلى 300 ٪ أكبر من المواد المطبوعة الموجودة. هذا سمح لهم بإنشاء القابض متعدد المواد الذي يمكن أن يمسك ويطلق جسمًا وفقًا لمدخلات درجة الحرارة. كانت المفاصل السميكة مصنوعة من SMPs من أجل الصلابة ، في حين يمكن تصميم نواهي microgrippers بشكل منفصل لاستيعاب اتصال آمن لموضوع النقل.

الإجهاد الاسترخاء
استرخاء الإجهاد في الطباعة رباعية الأبعاد هي عملية يتم فيها تكوين تجميع المادة تحت ضغط يصبح “مخزناً” داخل المادة. يمكن إطلاق هذا الإجهاد لاحقًا ، مما يتسبب في تغيير شامل في شكل المادة.

البوليمرات الحرارية التفاعلية للصور
يمكن وصف هذا النوع من التشغيل البوليمري بأنه استرخاء التوتر الناتج عن التصوير.

تستفيد هذه التقنية من ثني البوليمر المدفوع بالحرارة من خلال تعريض طبقات الانحناء المرغوبة إلى شرائح مركزية من الضوء الشديد. تتم طباعة طبقات الانحناء هذه في حالة من الإجهاد لكنها لا تتشوه حتى تتعرض للضوء. العامل النشط الذي يحرض الانحناء في المادة هو الحرارة التي تنتقل عن طريق الضوء الشديد. المادة نفسها مصنوعة من بوليميرات كيميائية تفاعلية للصور. تستخدم هذه المركبات مزيج البوليمر مع photoinitiator لإنشاء بوليمر غير متبلور ، تساهمي مرتبط تساهمي. يتم تشكيل هذه المواد في صفائح وتحميلها في التوتر متعامد على ثني الانحناء المرغوب. ثم يتم عرض المادة على طول موجة محدد من الضوء ، حيث يتم استهلاك photoinitiator أنها بلمرة الخليط المتبقي ، مما يؤدي إلى استرخاء التوتر photoinitiated. يمكن التحكم في جزء المواد المعرضة للضوء باستنسلات لإنشاء أنماط انحناء محددة. من الممكن أيضاً تشغيل تكرارات متعددة لهذه العملية باستخدام نفس عينة المادة مع شروط تحميل مختلفة أو أقنعة استنسل لكل تكرار. يعتمد النموذج النهائي على الترتيب وكل شكل ناتج من كل تكرار.

التطبيقات الحالية

هندسة معمارية
تتطلب الواجهات التكييفية المشتركة وأسقف الفتح أنظمة ميكانيكية معقدة لتشغيلها والتي غالباً ما تكون صعبة التركيب وعطلها في كثير من الأحيان. ستوفر واجهات 4D المطبوعة بساطة التركيب والتشغيل المباشر بسبب الظروف الجوية ، مما يلغي الحاجة إلى نظام تحكم أكبر أو طاقة مدخلات.

الطبية الحيوية
فريق البحث من شيدا مياو وآخرون. أنشأت نوعًا جديدًا من الراتينج السائل القابل للعلاج 4D القابل للطباعة. يرصد هذا الراتنج من مركب أكريليت مركب من مركب فول الصويا وزيت أكسجين قابل للتجدد ، وهو متوافق أيضاً مع بعضها البعض. يضيف هذا الراتنج إلى مجموعة صغيرة من الراتنجات ثلاثية الأبعاد القابلة للطباعة ، وهو واحد من القلائل القليلة المتوافقة حيوياً. تم اختبار عينة مطبوعة بالليزر 3D من هذا الراتنج لتقلبات درجة الحرارة من -18 درجة مئوية إلى 37 درجة مئوية وعرض استرداد كامل لشكله الأصلي. أثبتت السقالات المطبوعة من هذه المواد أنها أسس ناجحة لنمو الخلايا الجذعية الوسيطة لنخاع العظم البشري (hMSCs). هذه الصفات القوية من المواد لتأثير شكل الذاكرة والتوافق الحيوي تؤدي بالباحثين إلى الاعتقاد بأنها ستدفع بقوة تطوير السقالات الطبية الحيوية. هذه المقالة البحثية هي واحدة من أولى الدراسات التي تستكشف استخدام البوليمرات النفطية النباتية كراتنجات سائلة لإنتاج الطباعة الحجرية في التطبيقات الطبية الحيوية.

طور فريق البحث التابع ليونيد إيونوف (جامعة بايرويت) منهجًا جديدًا لطباعة أشكال الهلاميات المائية الحيوية المتوافقة حيويا والقابلة للتحلل الحيوي والخلايا الحية. يسمح هذا الأسلوب بتصنيع أنابيب مجوفة ذاتية الضبط ذات تحكم غير مسبوق على أقطارها ومعمارياتها بدقة عالية. يتم توضيح تنوع النهج من خلال استخدام اثنين من البوليمرات الحيوية المختلفة (ألجينات وحمض الهيالورونيك) وخلايا انسجة نخاع العظم الفأري. إن تسخير معلمات الطباعة وما بعد الطباعة يسمح بتحقيق متوسط ​​أقطار أنابيب داخلية منخفضة تصل إلى 20 ميكرومتر ، وهو أمر لا يمكن تحقيقه حتى الآن بواسطة طرق أخرى للتوثيق البيولوجي الحالي وهو مماثل لأقطار أصغر الأوعية الدموية. لا تشكّل عملية التطبيع البيولوجي 4D المقترحة أي تأثير سلبي على جدوى الخلايا المطبوعة ، كما تدعم الأنابيب ذات القاعدة المائية المطوية ذاتيًا بقاء الخلية لمدة 7 أيام على الأقل دون أي نقص في قابلية الخلية للبقاء. وبالتالي ، فإن الاستراتيجية الحيوية 4D المعروضة تسمح بتصنيع معماريات قابلة لإعادة التشكيل ديناميكيًا بوظائف قابلة للضبط والاستجابة ، محكومة باختيار المواد والخلايا المناسبة.

التطبيقات الممكنة
هناك بعض التقنيات / التقنيات الموجودة التي من المحتمل أن يتم تطبيقها وتعديلها لطباعة 4D.

قوة الجر الجر
إن قوة سحب الخلايا (CTF) هي تقنية تقوم فيها الخلايا الحية بطويتها ونقلها إلى شكلها المصمم. هذا ممكن من خلال الانكماش الذي يحدث من تفاعل البلمرة actomosin و actomyosin داخل الخلية. في العمليات الطبيعية ، ينظم CTF التئام الجروح ، وتكوين الأوعية ، ورم خبيث ، والالتهاب. Takeuchi وآخرون. الخلايا المصنفة عبر صفيحتين صغيرتين ، وعندما تمت إزالة الهيكل الزجاجي ، تقوم الخلايا بتجميع الفجوة عبر الصفيحة الصغيرة وبالتالي البدء في الطي الذاتي. كان الفريق قادراً على إنشاء أشكال هندسية تشبه الأوعية الدموية وحتى ثنائيات العادم عالية الإنتاجية بهذه الطريقة. هناك تكهنات بأن استخدام هذه التقنية لأوريغامي الخلية سوف يؤدي إلى تصميم وطباعة بنية محملة بالخلايا التي يمكن أن تحاكي نظائرها غير الاصطناعية بعد اكتمال عملية الطباعة.

المواد الذكية الكهربائية والمغناطيسية
تغير المواد المستجيبة الكهربائية الموجودة اليوم حجمها وشكلها اعتمادًا على شدة و / أو اتجاه المجال الكهربائي الخارجي. Polyaniline و polypyrrole (PPy) هي ، على وجه الخصوص ، مواد موصلة جيدة ويمكن أن تكون مخدرا مع tetrafluoroborate للتقلص والتوسع تحت التحفيز الكهربائي. تم صنع روبوت مصنوع من هذه المواد للتحرك باستخدام نبضة كهربائية 3 فولت لمدة 5 ثوان ، مما تسبب في تمديد إحدى الساقين ، ثم إزالة التحفيز لمدة 10 ثوان ، مما تسبب في تحرك الساق الأخرى للأمام. تشير الأبحاث التي أجريت على الأنابيب النانوية الكربونية ، والتي تكون متوافقة حيوياً وموصلية بدرجة عالية ، إلى أن المركب المصنوع من أنابيب نانوية كربونية وعينة ذاكرة الشكل له قدرة أعلى على التوصيل الكهربائي وسرعة الاستجابة الكهربائية النشطة من العينة فقط. تنقبض الدواليات المستجيبة مغناطيسيا في وجود حقل مغناطيسي قوي وبالتالي لديها تطبيقات في تسليم المخدرات والخلية. تمت معايرة مزيج من الأنابيب النانوية الكربونية والجسيمات المتجاوبة مغنطيسيا للاستخدام في تعزيز نمو الخلايا والالتصاق ، في حين لا يزال يحافظ على الموصلية القوية. هذا هو احتمال مثير ل 4 D الطباعة الكهربائية الحيوية المغناطيسية في الهياكل الدقيقة للهندسة للتطبيقات الطبية الحيوية ، ولكن هناك حاجة إلى إجراء المزيد من البحوث على التغيرات المحلية لقيمة الرقم الهيدروجيني ودرجة حرارة الوسط عندما يحدث التحفيز لمنع الآثار السلبية على الخلايا المجاورة.

التجارة والنقل
يشرح سكايلر تيبيتس تطبيقات مستقبلية للمواد المطبوعة 4D كمنتجات قابلة للبرمجة يمكن تصميمها لبيئات محددة والاستجابة لعوامل مثل درجة الحرارة والرطوبة والضغط والصوت لجسم أو بيئة. يذكر Tibbits أيضا ميزة 4D الطباعة لتطبيقات الشحن – أنها ستسمح للمنتجات لتكون معبأة مسطحة إلى وقت لاحق لها الشكل المصمم تنشيطها في الموقع من خلال حافز بسيط. هناك أيضا إمكانية لحاويات الشحن المطبوعة 4D التي تتفاعل مع القوى العابرة لتوزيع الأحمال بشكل موحد. من المحتمل جدا أن المواد المطبوعة 4D ستكون قادرة على إصلاح نفسها بعد الفشل. ستتمكن هذه المواد من التفكيك الذاتي ، مما يسهل إعادة تدوير الأجزاء المكونة لها.

المميزات والعيوب
باستخدام عمليات الطباعة 4D ، يمكن نقل الكائنات بطريقة أكثر توفيرا للمساحة وفعالة من حيث التكلفة. بالإضافة إلى ذلك ، وعلى النقيض من الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يمكن حتى إنشاء حركة حسية أو تشوه ، مما يحول الأشياء إلى مواد ذكية.

التكنولوجيا في مرحلة مبكرة من التطوير حيث العديد من الأسئلة لا تزال دون إجابة. بالنسبة لبعض التطبيقات ، تكون الأنظمة الحسية الأخرى أكثر فائدة أو أقل تكلفة على الأقل.

Tags: