चार आयामी मुद्रण

4-आयामी प्रिंटिंग (4 डी प्रिंटिंग; 4 डी बायोप्रिंटिंग, सक्रिय ओरिगामी, या आकृति-मॉर्फिंग सिस्टम के रूप में भी जाना जाता है) त्रि-आयामी वस्तु बनाने के लिए लगातार परतों में सामग्री के कंप्यूटर-प्रोग्राम किए गए जमावट के माध्यम से 3 डी प्रिंटिंग की एक ही तकनीक का उपयोग करता है। हालांकि, 4 डी प्रिंटिंग समय के साथ परिवर्तन के आयाम को जोड़ती है। इसलिए यह एक प्रकार का प्रोग्राम करने योग्य पदार्थ है, जिसमें निर्माण प्रक्रिया के बाद, मुद्रित उत्पाद पर्यावरण (आर्द्रता, तापमान, आदि) के भीतर पैरामीटर के साथ प्रतिक्रिया करता है और तदनुसार इसके रूप में बदलता है। ऐसा करने की क्षमता एक माइक्रोमीटर रिज़ॉल्यूशन पर निकट अनंत कॉन्फ़िगरेशन से उत्पन्न होती है, जो इंजीनियर आणविक स्थानिक वितरण के साथ ठोस बनाता है और इस प्रकार अभूतपूर्व बहुआयामी प्रदर्शन की अनुमति देता है। 4 डी प्रिंटिंग बायोफाइब्रिकेशन टेक्नोलॉजी में अपेक्षाकृत नई प्रगति है, तेजी से बायोइंजिनियरिंग, सामग्री विज्ञान, रसायन शास्त्र और कंप्यूटर विज्ञान जैसे विषयों में एक नए प्रतिमान के रूप में उभर रही है।

4 डी प्रिंटिंग, 3-डी प्रिंटिंग की तरह एक प्रक्रिया है जिसमें परत द्वारा सामग्री परत लागू होती है और इसलिए त्रि-आयामी वस्तुएं (कार्यक्षेत्र) उत्पन्न होती हैं, लेकिन यहां चौथा आयाम, समय, पूर्ण कार्यक्षेत्रों के लिए माना जाता है। नतीजतन, वस्तुओं को एक निश्चित संवेदी ट्रिगर के तहत स्थानांतरित और / या बदल सकते हैं, जैसे पानी, गर्मी, कंपन या ध्वनि (बुद्धिमान सामग्री) के संपर्क में। 4 डी प्रिंटिंग विकास के शुरुआती चरण में है और बायोइंजिनियरिंग, सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग, रसायन विज्ञान और कंप्यूटर विज्ञान और इंजीनियरिंग जैसे कई विज्ञानों को जोड़ती है।

Hypothetical अनुप्रयोगों
संभावित कल्पनीय आवेदन क्षेत्र हैं:

घर और उद्यान (उदाहरण के लिए फर्नीचर का स्वचालित निर्माण, लॉन क्षेत्र का अनुकूलन)
बिल्डिंग सुरक्षा, वास्तुकला, पर्यावरण संरक्षण और ऊर्जा प्रौद्योगिकी (जैसे स्वयं पुनर्जन्म पाइप)
वस्त्र और कपड़ा उद्योग (उदाहरण के लिए मौसम के अनुकूलन के लिए)
एयरोस्पेस इंजीनियरिंग, परिवहन और यातायात इंजीनियरिंग (उदाहरण के लिए पर्यावरण की स्थिति के लिए सामग्री का अनुकूलन, आकार बदलने वाली स्पेससूट, स्वयं निर्माण बाधाएं)
चिकित्सा प्रौद्योगिकी और जीवविज्ञान (जैसे बढ़ते प्रत्यारोपण, बायोप्रिंटर्स)

प्रिंटिंग तकनीकें
स्टीरियोलिथोग्राफी एक 3 डी प्रिंटिंग तकनीक है जो सब्सट्रेट को बांधने के लिए फोटोपॉलिमराइजेशन का उपयोग करती है जिसे परत पर परत रखी जाती है, जो बहुलक नेटवर्क बनाती है। फ्यूज्ड-डिप्लोशन मॉडलिंग के विपरीत, जहां निकाली गई सामग्री परतों को बनाने के लिए तत्काल कठोर होती है, 4 डी प्रिंटिंग मूल रूप से स्टीरियोलिथोग्राफी में आधारित होती है, जहां अधिकांश मामलों में मुद्रण प्रक्रिया पूरी होने के बाद स्तरित सामग्री को ठीक करने के लिए पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग किया जाता है। माइक्रोस्कोरियल्स को इस तरह से व्यवस्थित करके, किसी दिए गए परिस्थिति में परिवर्तन की दिशा और आयाम इंजीनियरिंग में एनीसोट्रॉपी महत्वपूर्ण है ताकि तैयार प्रिंट में एक एम्बेडेड दिशात्मकता हो।

पैटर्न संचालित 4 डी प्रिंटिंग
4 डी प्रिंटिंग के माध्यम से, कस्टम-डिज़ाइन किए गए सॉफ्ट स्ट्रक्चर में स्थानिक स्व-झुकाव क्रियान्वयन को नियंत्रित करने के लिए तेज़ और सटीक विनिर्माण विधियों को प्राप्त करना संभव है। स्थानिक और लौकिक परिवर्तन कई क्रियान्वयन तंत्र जैसे तरल क्रिस्टल जेल चरण संक्रमण, थर्मल विस्तार गुणांक, थर्मल चालकता विसंगतियों, और द्वि-परत या समग्र बीम के विभिन्न सूजन और डी-सूजन अनुपात के माध्यम से महसूस किया जा सकता है। मॉडल 4 डी प्रिंटिंग के लिए एक दृष्टिकोण 3 डी प्रिंटिंग पैरामीटर को नियंत्रित करना है, जैसे प्रतिक्रिया समय को प्रभावित करने वाले टिंग के विभिन्न स्थानिक पैटर्न और 4 डी प्रिंट उत्पादों के झुकाव कोण को नियंत्रित करना। 3 डी मुद्रित पैटर्न को शामिल करने वाले आकार मेमोरी पॉलिमर पैन के भौतिक गुणों का एक पैरामीट्रिक मॉडल उस अंत में विकसित किया गया था। प्रस्तावित मॉडल प्रायोगिक अध्ययन के साथ एक उत्कृष्ट गुणात्मक समझौते के साथ actuator के अंतिम आकार की भविष्यवाणी करता है। ये मान्य परिणाम कार्यात्मक पैटर्न संचालित 4 डी प्रिंटिंग के डिजाइन को मार्गदर्शन कर सकते हैं।

फाइबर वास्तुकला
अधिकांश 4 डी प्रिंटिंग सिस्टम फाइबर के नेटवर्क का उपयोग करते हैं जो आकार और भौतिक गुणों में भिन्न होते हैं। 4 डी मुद्रित घटकों को मैक्रो स्केल के साथ-साथ माइक्रो स्केल पर भी डिज़ाइन किया जा सकता है। सूक्ष्म पैमाने पर डिजाइन जटिल आणविक / फाइबर सिमुलेशन के माध्यम से हासिल किया जाता है जो नमूना में उपयोग की जाने वाली सभी सामग्रियों के समेकित भौतिक गुणों का अनुमान लगाता है। इन भौतिक बिल्डिंग ब्लॉक के आकार, आकार, मॉड्यूलस और कनेक्शन पैटर्न में उत्तेजना सक्रियण के तहत विरूपण आकार का सीधा संबंध है।

हाइड्रो-प्रतिक्रियाशील बहुलक / हाइड्रोगल्स
स्काइलर टिबिट्स एमआईटी में सेल्फ-असेंबली लैब के निदेशक हैं, और स्ट्रेटाइसिस सामग्री समूह के साथ काम करते हैं ताकि अत्यधिक हाइड्रोफिलिक तत्वों और गैर-सक्रिय, कठोर तत्वों से बना एक समग्र बहुलक उत्पन्न हो सके। इन दो अलग-अलग तत्वों के अद्वितीय गुणों ने पानी में मुद्रित श्रृंखला के कुछ हिस्सों की 150% सूजन की अनुमति दी, जबकि कठोर तत्वों ने संरचनात्मक श्रृंखला के लिए संरचना और कोण की बाधाओं को सेट किया। Tibbits एट अल। एक श्रृंखला का उत्पादन किया जो पानी में डूबे जाने पर “एमआईटी” का जादू करेगा, और एक और श्रृंखला जो एक ही परिस्थितियों के अधीन वायरफ्रेम घन में बदल जाएगी।

सेलूलोज़ कंपोजिट्स
थिले एट अल। एक सेलूलोज़-आधारित सामग्री की संभावनाओं की खोज की जो नमी के प्रति उत्तरदायी हो सकते हैं। उन्होंने दोनों तरफ अलग प्रतिस्थापन डिग्री के साथ सेलूलोज़ स्टेरॉययल एस्टर का उपयोग करके एक बिलायर फिल्म विकसित की। एक एस्टर की प्रतिस्थापन डिग्री 0.3 (अत्यधिक हाइड्रोफिलिक) थी और दूसरे में प्रतिस्थापन की डिग्री 3 थी (अत्यधिक हाइड्रोफोबिक।) जब नमूना 50 डिग्री सेल्सियस से 22 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया गया था, और सापेक्ष आर्द्रता 5.9% से 35 हो गई %, हाइड्रोफोबिक पक्ष अनुबंधित और हाइड्रोफिलिक पक्ष सूजन, जिससे नमूना कसकर रोल हो जाता है। यह प्रक्रिया उलटा है, क्योंकि तापमान और नमी के परिवर्तनों को वापस करने से नमूना फिर से अनलॉक हो जाता है।

एनीसोट्रोपिक सूजन को समझना और मुद्रित फाइब्रिल के संरेखण को मैप करना ए सिडनी ग्लेडमैन एट अल को अनुमति देता है। पौधों के घबराहट व्यवहार की नकल करने के लिए। शाखाओं, उपजी, ब्रैक्ट, और फूल पर्यावरणीय उत्तेजना जैसे आर्द्रता, प्रकाश, और स्पर्श को उनके सेल दीवारों और ऊतक संरचना के आंतरिक टर्गर को बदलकर प्रतिक्रिया देते हैं। इस से उदाहरण लेते हुए, टीम ने स्थानीय एनीसोट्रॉपिक सूजन व्यवहार के साथ एक समग्र हाइड्रोगेल आर्किटेक्चर विकसित किया जो एक विशिष्ट सेल दीवार की संरचना की नकल करता है। सेलूलोज़ फाइब्रिल एक उच्च पहलू अनुपात (~ 100) और 100 जीपीए के पैमाने पर एक लोचदार मॉड्यूलस के साथ माइक्रोप्रिब्रिल में मुद्रण प्रक्रिया के दौरान गठबंधन करते हैं। ये microfibrils संरचना के लिए एक नरम एक्रिलमाइड मैट्रिक्स में एम्बेडेड हैं। इस हाइड्रोगेल कंपोजिट को मुद्रित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले विस्कोलेस्टिक स्याही एन, एन-डिमेथिलैक्रियामाइड, नैनोक्ले, ग्लूकोज ऑक्सीडेस, ग्लूकोज और नैनोफिब्रिलेटेड सेलूलोज़ का एक जलीय समाधान है। नैनोकले एक रियोलॉजिकल सहायता है जो तरल प्रवाह में सुधार करती है, और ग्लूकोज ऑक्सीजन अवरोध को रोकता है जब सामग्री पराबैंगनी प्रकाश के साथ ठीक हो जाती है। इस स्याही के साथ प्रयोग करते हुए, टीम ने एक प्रिंट पथ के लिए एक सैद्धांतिक मॉडल बनाया जो सेलूलोज़ फाइब्रिल के उन्मुखीकरण को निर्देशित करता है, जहां प्रिंट की निचली परत एक्स-अक्ष के समानांतर होती है और प्रिंट की शीर्ष परत कोण द्वारा एंटीक्लॉक वार घुमाती है θ। नमूना का वक्रता लोचदार मॉड्यूलि, सूजन अनुपात, और परत मोटाई और बिलायर मोटाई के अनुपात पर निर्भर है। इस प्रकार, समायोजित मॉडल जो औसत वक्रता और गॉसियन वक्रता का वर्णन करते हैं, क्रमशः,

तथा

ग्लेडमैन एट अल। पाया गया कि θ 0 डिग्री तक पहुंचता है, वक्रता शास्त्रीय तिमोशेन्को समीकरण का अनुमान लगाती है और समान रूप से एक द्विपक्षीय पट्टी के साथ प्रदर्शन करती है। लेकिन जैसा कि θ 90 डिग्री तक पहुंचता है, वक्रता एक गले के आकार में बदल जाती है। इसे समझते हुए, टीम एनीटोट्रॉपी के प्रभावों को ध्यान से नियंत्रित कर सकती है और हेलीकॉइड, रफल्ड प्रोफाइल बनाने के लिए समरूपता की रेखाओं को तोड़ सकती है।

डेविड कोर्रिया एट अल। लकड़ी मिश्रित सामग्रियों के साथ काम कर रहा है जो पानी को अवशोषित करते समय उनके मुद्रित अनाज दिशा और एनीसोट्रोपिक सूजन के आधार पर आकार बदलते हैं। यह काम 3 डी मुद्रित है और माइक्रोन के बजाए मिलीमीटर के अंशों पर परत ऊंचाई के साथ सूक्ष्म पैमाने के बजाय मैक्रो पैमाने पर अध्ययन किया जाता है। इस शोध में उपयोग की जाने वाली फिलामेंट एक लकड़ी की समग्र है जो 60% सह-पॉलिएस्टर और 40% सेलूलोज़ है। सह-पॉलिएस्टर सेल्यूलोज को एक साथ बांधता है जबकि सेलूलोज़ समग्र में हाइग्रोस्कोपिक गुण प्रदान करता है। इस तरह के मुद्रण के लिए दो तरीकों का विकास किया गया है। पहली विधि केवल लकड़ी समग्र सामग्री का उपयोग करती है। डिज़ाइन विरूपण आकार अनाज पैटर्न, अनाज अभिविन्यास, प्रिंट परत मोटाई, और प्रिंट परत बातचीत को नियंत्रित करके मुद्रित किया जाता है। इस विधि में, hygroscopic झुकने अनाज दिशा के लिए लंबवत होता है। दूसरी विधि लकड़ी समग्र और मानक 3 डी प्रिंटिंग प्लास्टिक दोनों का उपयोग करती है। यह पहली विधि का एक विस्तार है जो गैर-हाइग्रोस्कोपिक सामग्री की एक अलग परत पेश करता है जो पानी के संपर्क में आने पर सूजन नहीं करेगा। यह विचार उनके सापेक्ष विस्तार के आधार पर थर्मल द्विपक्षीय गुणों के पिछले शोध से बना है। हाइग्रोस्कोपिक झुकाव लकड़ी की समग्र परतों के भीतर होता है जब इस विधि के प्रिंट पानी के संपर्क में आते हैं। इसलिए, विरूपण आकार भौतिक परतों के पैटर्न के साथ-साथ लकड़ी की समग्र परतों के अनाज का एक उत्पाद है, जो अकेले लकड़ी के समग्र निर्माण की तुलना में तेज़ और अधिक गंभीर विरूपण प्रदान करता है। दोनों विधियां अपनी सामग्री को नमी के अधीन होने के साथ-साथ अपने आकार को फिर से हासिल करने की अनुमति देती हैं। आकृति परिवर्तन के लिए देखी गई सबसे तेज विधि गर्म पानी में प्रिंटों को पूरी तरह से जलाने से है।

थर्मो-प्रतिक्रियाशील बहुलक / हाइड्रोगल्स
पॉली (एन-आइसोप्रापीलाक्राइमाइड), या पीएनआईपीएएम, आमतौर पर प्रयुक्त थर्मो-प्रतिक्रियाशील सामग्री है। पीएनआईपीएएम का एक हाइड्रोगेल हाइड्रोफिलिक बन जाता है और 32 डिग्री सेल्सियस के जलीय घोल में सूजन हो जाता है, इसका कम महत्वपूर्ण समाधान तापमान होता है। उपरोक्त तापमान हाइड्रोगेल को निर्जलीकरण करना शुरू कर देते हैं और इसे कम करते हैं, इस प्रकार आकार परिवर्तन प्राप्त करते हैं। पीएनआईपीएएम और कुछ अन्य बहुलक से बना हाइड्रोगल्स, जैसे 4-हाइड्रॉक्सीब्यूटिल एक्रिलेट (4 एचबीए,) मजबूत रिवर्सबिलिटी प्रदर्शित करता है, जहां आकार के 10 चक्रों के बाद भी कोई आकार विकृति नहीं होती है। शैनन ई। बकरिच एट अल। आयनिक सहसंयोजक उलझन वाले हाइड्रोगल्स से बना एक नया प्रकार का 4 डी-प्रिंटिंग स्याही बनाया गया है जिसमें मानक डबल-नेटवर्क हाइड्रोगल्स की समान संरचना होती है। पहला बहुलक नेटवर्क मेटल केशन से क्रॉस-जुड़ा हुआ है, जबकि दूसरा सहसंयोजक बंधनों से जुड़ा हुआ है। इसके बाद इस हाइड्रोगेल को पीएनआईपीएएम नेटवर्क के साथ कठोर और थर्मल एक्ट्यूएशन के लिए जोड़ा जाता है। प्रयोगशाला परीक्षण में, तापमान में 20-60 डिग्री सेल्सियस (68-140 डिग्री फारेनहाइट) बढ़ने पर इस जेल में 41% -49% की आकृति वसूली दिखाई दी, और फिर 20 डिग्री सेल्सियस तक बहाल किया गया। इस सामग्री से मुद्रित एक वाइड नियंत्रित स्मार्ट वाल्व गर्म पानी को छूने और ठंडे पानी को छूने के दौरान खोलने के लिए तैयार किया गया था। वाल्व सफलतापूर्वक ठंडे पानी में खुला रहता है और 99% तक गर्म पानी की प्रवाह दर कम कर देता है। यह नया प्रकार 4 डी-मुद्रित हाइड्रोगेल अन्य थर्मल एक्ट्यूएटिंग हाइड्रोगल्स की तुलना में अधिक यांत्रिक रूप से मजबूत है और स्व-संयोजन संरचनाओं, चिकित्सा प्रौद्योगिकी, मुलायम रोबोटिक्स और सेंसर प्रौद्योगिकी जैसे अनुप्रयोगों में संभावित दिखाता है।

डिजिटल आकार-मेमोरी पॉलिमर
आकार-मेमोरी पॉलिमर (एसएमपी) कुछ वास्तविक परिस्थितियों में एक विकृत आकार से अपने मूल आकार को पुनर्प्राप्त करने में सक्षम होते हैं, जैसे कि समय के लिए तापमान के संपर्क में आने पर। बहुलक के आधार पर, विभिन्न प्रकार की विन्यास हो सकती है कि सामग्री कई तापमान स्थितियों में हो सकती है। डिजीटल एसएमपी 3 डी प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग प्लेसमेंट, ज्यामिति, और विभिन्न गुणों जैसे कि ग्लास संक्रमण या क्रिस्टल-पिघल संक्रमण तापमान के साथ एसएमपी के अनुपात को ठीक करने और इलाज करने के लिए करते हैं। यिकी माओ एट अल। डिजिटल एसएमपी टिकाऊ श्रृंखलाओं की एक श्रृंखला बनाने के लिए इसका इस्तेमाल किया गया है जिसमें अलग-अलग निर्धारित थर्मो-मैकेनिकल और आकृति मेमोरी व्यवहार होते हैं, जो कठोर, गैर-सक्रिय सामग्री पर बने होते हैं। इस प्रकार, टीम एक स्व-तह नमूना विकसित करने में सक्षम थी जो खुद के साथ हस्तक्षेप किए बिना गुजर सकती थी, और यहां तक ​​कि एक और मजबूत संरचना बनाने के लिए भी अनलॉक कर सकती थी। परियोजनाओं में से एक में यूएसपीएस मेलबॉक्स के बाद मॉडलिंग किए गए एक स्व-फोल्डिंग बॉक्स शामिल हैं।

क्यूई जीई एट अल। मौजूदा प्रिंट करने योग्य सामग्रियों की तुलना में 300% तक की अत्यधिक उच्च-विफलता उपभेदों के साथ अलग-अलग रबड़ मॉड्यूलि और ग्लास-संक्रमण तापमान वाले घटकों पर आधारित डिजिटल एसएमपी तैयार किए गए हैं। इसने उन्हें एक बहु-सामग्री ग्रिपर बनाने की अनुमति दी जो तापमान इनपुट के अनुसार ऑब्जेक्ट को पकड़ और छोड़ सकता है। मोटे जोड़ों को मजबूती के लिए एसएमपी से बनाया गया था, जबकि माइक्रोग्रिपर्स की युक्तियों को परिवहन के उद्देश्य के लिए एक सुरक्षित संपर्क को समायोजित करने के लिए अलग से डिजाइन किया जा सकता था।

तनाव छूट
4 डी प्रिंटिंग में तनाव छूट एक प्रक्रिया है जिसमें एक सामग्री असेंबली तनाव के तहत बनाई जाती है जो सामग्री के भीतर “संग्रहित” हो जाती है। इस तनाव को बाद में जारी किया जा सकता है, जिससे समग्र सामग्री आकार में परिवर्तन होता है।

थर्मल फोटो-प्रतिक्रियाशील बहुलक
इस प्रकार के बहुलक क्रियान्वयन को फोटो प्रेरित तनाव छूट के रूप में वर्णित किया जा सकता है।

यह तकनीक तीव्र प्रकाश की केंद्रित स्ट्रिप्स को वांछित झुकने वाली सीमों को उजागर करके तापमान संचालित बहुलक झुकने का लाभ उठाती है। ये झुकाव सीम तनाव की स्थिति में मुद्रित होते हैं लेकिन प्रकाश के संपर्क में आने तक विकृत नहीं होते हैं। सक्रिय एजेंट जो सामग्री में झुकने को प्रेरित करता है वह तीव्र प्रकाश द्वारा प्रसारित गर्मी है। सामग्री स्वयं रासायनिक फोटो-प्रतिक्रियाशील बहुलक से बना है। ये यौगिक एक बहुलक मिश्रण का उपयोग एक फोटोजिटरेटर के साथ संयुक्त होते हैं जो एक असंगत, सहसंयोजक क्रॉस-लिंक्ड पॉलिमर बनाने के लिए होता है। यह सामग्री चादरों में बनाई गई है और वांछित झुकने क्रीज़ के लिए लंबवत तनाव में भरा हुआ है। तब सामग्री को प्रकाश के एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य के संपर्क में लाया जाता है, क्योंकि फोटोजिनेटर का उपभोग होता है, यह शेष मिश्रण को बहुलक बनाता है, जिससे फोटोनिनेटेड तनाव विश्राम होता है। प्रकाश के संपर्क में आने वाली सामग्री का हिस्सा विशिष्ट झुकने वाले पैटर्न बनाने के लिए स्टैंसिल के साथ नियंत्रित किया जा सकता है। अलग-अलग लोडिंग स्थितियों या प्रत्येक पुनरावृत्ति के लिए स्टैंसिल मास्क के साथ एक ही सामग्री नमूना का उपयोग करके इस प्रक्रिया के एकाधिक पुनरावृत्तियों को चलाने के लिए भी संभव है। अंतिम रूप आदेश पर निर्भर करेगा और प्रत्येक पुनरावृत्ति के परिणामी रूप पर निर्भर करेगा।

वर्तमान अनुप्रयोग

आर्किटेक्चर
सामान्य अनुकूली facades और खोलने की छतों के लिए जटिल यांत्रिक प्रणालियों की आवश्यकता होती है जो अक्सर स्थापित करना मुश्किल होता है और अक्सर खराब हो जाता है। 4 डी मुद्रित मुखौटे स्थापना की सादगी और मौसम की स्थिति के कारण प्रत्यक्ष क्रियान्वयन की पेशकश करेंगे, जिससे बड़ी नियंत्रण प्रणाली या इनपुट ऊर्जा की आवश्यकता समाप्त हो जाएगी।

बायोमेडिकल
शिदा मियाओ एट अल की शोध टीम। एक नया प्रकार 4 डी प्रिंट करने योग्य, फोटो-इलाज योग्य तरल राल बनाया। यह राल एक नवीकरणीय सोयाबीन-तेल epoxidized एक्रिलेट यौगिक से बना है जो जैव-अनुकूल है। यह राल 3 डी-प्रिंट करने योग्य रेजिन के छोटे समूह में जोड़ता है और कुछ ऐसे हैं जो जैव-अनुकूल हैं। इस राल का एक लेजर 3 डी मुद्रित नमूना -18 डिग्री सेल्सियस से 37 डिग्री सेल्सियस तक तापमान में उतार-चढ़ाव के अधीन था और इसके मूल आकार की पूर्ण वसूली का प्रदर्शन किया गया। इस सामग्री के मुद्रित मचान मानव अस्थि मज्जा मेसेन्चिमल स्टेम सेल (एचएमएससी) विकास के लिए सफल नींव साबित हुए। इस सामग्री के आकार मेमोरी प्रभाव और जैव-अनुकूलता के अग्रणी गुणों का नेतृत्व करने वाले शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि यह बायोमेडिकल मचानों के विकास को दृढ़ता से आगे बढ़ाएगा। यह शोध लेख पहले में से एक है जो बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में स्टीरियोलिथोग्राफी उत्पादन के लिए तरल रेजिन के रूप में पौधे के तेल पॉलिमर के उपयोग की पड़ताल करता है।

लियोनिद इओनोव (बेयरेथ विश्वविद्यालय) की शोध टीम ने जीवित कोशिकाओं के साथ आकृति-मोर्फ़िंग जैव-संगत / बायोडिग्रेडेबल हाइड्रोगेल प्रिंट करने के लिए उपन्यास दृष्टिकोण विकसित किया है। दृष्टिकोण उच्च संकल्प पर उनके व्यास और आर्किटेक्चर पर अभूतपूर्व नियंत्रण के साथ खोखले स्व-तह ट्यूबों के निर्माण की अनुमति देता है। दृष्टिकोण की बहुमुखी प्रतिभा दो अलग-अलग बायोपॉलिमर्स (अल्जीनेट और हाइलूरोनिक एसिड) और माउस अस्थि मज्जा स्ट्रॉमल कोशिकाओं को नियोजित करके प्रदर्शित की जाती है। प्रिंटिंग और पोस्ट-प्रिंटिंग पैरामीटर को दोहन करने से औसत आंतरिक ट्यूब व्यास 20 माइक्रोन जितना कम हो सकता है, जो अभी तक अन्य मौजूदा बायोप्रिंटिंग दृष्टिकोणों से प्राप्त नहीं किया जा सकता है और यह सबसे छोटे रक्त वाहिकाओं के व्यास के बराबर है। प्रस्तावित 4 डी बायोप्रिंटिंग प्रक्रिया मुद्रित कोशिकाओं की व्यवहार्यता पर कोई नकारात्मक प्रभाव नहीं डालती है, और स्वयं-फोल्ड हाइड्रोगेल-आधारित ट्यूब सेल व्यवहार्यता में कम से कम 7 दिनों के लिए सेल अस्तित्व का समर्थन करते हैं। नतीजतन, प्रस्तुत 4 डी बायोप्रिंटिंग रणनीति उपयुक्त सामग्रियों और कोशिकाओं के चयन द्वारा शासित, ट्यूनेबल कार्यक्षमता और प्रतिक्रियाशीलता के साथ गतिशील रूप से पुनर्गठन योग्य आर्किटेक्चर के निर्माण की अनुमति देती है।

संभावित अनुप्रयोग
कुछ मौजूदा तकनीकें / प्रौद्योगिकियां हैं जिन्हें संभावित रूप से लागू किया जा सकता है और 4 डी प्रिंटिंग के लिए समायोजित किया जा सकता है।

सेल ट्रैक्शन फोर्स
सेल ट्रैक्शन फोर्स (सीटीएफ) एक ऐसी तकनीक है जिसमें जीवित कोशिकाएं गुजरती हैं और सूक्ष्म संरचनाओं को उनके डिजाइन किए गए आकार में ले जाती हैं। यह संकुचन के माध्यम से संभव है जो कोशिका के भीतर एक्टिन बहुलककरण और एक्टोमायोसिन इंटरैक्शन से होता है। प्राकृतिक प्रक्रियाओं में, सीटीएफ घाव चिकित्सा, एंजियोोजेनेसिस, मेटास्टेसिस, और सूजन को नियंत्रित करता है। टेकुची एट अल। बीजित कोशिकाओं को दो माइक्रोप्रलेट्स में, और जब ग्लास संरचना को हटा दिया गया तो कोशिकाएं माइक्रोप्रेट में अंतर को पुल कर देगी और इस प्रकार स्वयं को फोल्डिंग शुरू कर देंगी। टीम इस विधि के साथ पोत की तरह ज्यामिति और यहां तक ​​कि उच्च थ्रूपुट डोडकाहेड्रॉन बनाने में सक्षम थी। ऐसी अटकलें हैं कि सेल ओरिगामी की इस तकनीक का उपयोग करने से सेल-लेटेस्ट स्ट्रक्चर को डिजाइन और प्रिंट किया जा सकता है जो मुद्रण प्रक्रिया पूरी होने के बाद उनके गैर सिंथेटिक समकक्षों की नकल कर सकता है।

विद्युत और चुंबकीय स्मार्ट सामग्री
विद्युतीय उत्तरदायी सामग्री जो आज मौजूद है, बाहरी बिजली क्षेत्र की तीव्रता और / या दिशा के आधार पर अपना आकार और आकार बदलती है। Polyaniline और polypyrrole (पीपीई), विशेष रूप से, अच्छा संचालन सामग्री हैं और एक विद्युत उत्तेजना के तहत अनुबंध और विस्तार करने के लिए tetrafluoroborate के साथ doped किया जा सकता है। इन सामग्रियों से बने रोबोट को 5 सेकंड के लिए 3V की इलेक्ट्रिक पल्स का उपयोग करके स्थानांतरित करने के लिए बनाया गया था, जिससे एक पैर बढ़ाना था, फिर 10 सेकंड के लिए उत्तेजना को हटा देना, जिससे दूसरे पैर आगे बढ़ने लगे। कार्बन नैनोट्यूब पर अनुसंधान, जो जैव-संगत और अत्यधिक प्रवाहकीय हैं, इंगित करता है कि कार्बन नैनोट्यूब और एक आकृति मेमोरी नमूने से बना एक समग्र उच्च विद्युत चालकता और अकेले नमूने की तुलना में इलेक्ट्रो-सक्रिय प्रतिक्रिया की गति है। चुंबकीय रूप से उत्तरदायी फेरोगल्स एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में अनुबंध करते हैं और इस प्रकार दवा और सेल वितरण में अनुप्रयोग होते हैं। कार्बन नैनोट्यूब और चुंबकीय रूप से उत्तरदायी कणों का संयोजन सेल विकास और आसंजन को बढ़ावा देने के लिए बायोप्रिंट किया गया है, जबकि अभी भी एक मजबूत चालकता बनाए रखा है। बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए सटीक इंजीनियर संरचनाओं में 4 डी प्रिंटिंग इलेक्ट्रिकल-चुंबकीय बायोइंक्स के लिए यह एक रोमांचक संभावना है, लेकिन पड़ोसी कोशिकाओं पर प्रतिकूल प्रभाव को रोकने के लिए उत्तेजना होने पर पीएच मान और तापमान के तापमान में स्थानीय परिवर्तनों पर अधिक शोध करने की आवश्यकता होती है।

वाणिज्य और परिवहन
स्काइलर टिबिट्स 4 डी-मुद्रित सामग्रियों के भविष्य के अनुप्रयोगों को प्रोग्राम करने योग्य उत्पादों के रूप में विस्तारित करता है जिन्हें विशिष्ट वातावरण के अनुरूप बनाया जा सकता है और तापमान, आर्द्रता, दबाव और किसी के शरीर या पर्यावरण की आवाज जैसे कारकों का जवाब दिया जा सकता है। टिबिट्स शिपिंग अनुप्रयोगों के लिए 4 डी प्रिंटिंग का लाभ भी बताते हैं – इससे उत्पादों को फ्लैट पैक करने की अनुमति मिल जाएगी, बाद में उनके डिजाइन किए गए आकार को सरल उत्तेजना द्वारा साइट पर सक्रिय किया जा सके। 4 डी-मुद्रित शिपिंग कंटेनर की संभावना भी है जो भार को समान रूप से वितरित करने के लिए पारगमन में बलों पर प्रतिक्रिया देती है। यह बहुत संभावना है कि 4 डी मुद्रित सामग्री विफलता के बाद खुद को सुधारने में सक्षम हो जाएगी। ये सामग्रियां स्वयं को अलग-अलग करने में सक्षम होंगी, जिससे उनके घटक हिस्सों को रीसायकल करना आसान हो जाएगा।

फायदे और नुकसान
4 डी प्रिंटिंग प्रक्रियाओं का उपयोग करके, वस्तुओं को अधिक अंतरिक्ष-बचत और लागत प्रभावी तरीके से ले जाया जा सकता है। इसके अलावा, 3 डी प्रिंटिंग के विपरीत, यहां तक ​​कि एक संवेदी ट्रिगर आंदोलन या विरूपण भी बनाया जा सकता है, जो वस्तुओं को बुद्धिमान सामग्री में बदल देता है।

प्रौद्योगिकी विकास के शुरुआती चरण में है जहां कई प्रश्न अनुत्तरित रहते हैं। कुछ अनुप्रयोगों के लिए, अन्य संवेदी सिस्टम वर्तमान में अधिक उपयोगी हैं या कम से कम कम महंगे हैं।

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