4 डी प्रिंटिंग: नई सामग्री जो विशेषताओं और आकार को बदलती है

आमतौर पर, 4D का मतलब एक चार-आयामी स्थान होता है जिसमें चार-आयामी ऑब्जेक्ट होते हैं - एक टेसेरेक्ट, इकोसाइट्राचोर (तीन आयामी दुनिया में कोई एनालॉग नहीं है) और जैसे। कुछ साल पहले, 4 डी शब्द का उपयोग उन वस्तुओं को प्रिंट करने के लिए एक विशेष तकनीक को संदर्भित करने के लिए किया गया था जो समय के साथ अपनी विशेषताओं को बदलते हैं। इस प्रकार, 4 डी प्रिंटिंग में, "चौथे" को माप नहीं कहा जाता है, लेकिन पैरामीटर जिसके साथ ऑब्जेक्ट की स्थिति (संभवतः फ़ंक्शन) जुड़ी हुई है।

4 डी प्रिंटर तकनीक पारंपरिक 3 डी प्रिंटिंग की तुलना में शायद ही क्रांतिकारी है - एक वस्तु उसी तरह परत दर परत बनाई जाती है। सबसे दिलचस्प बात बाद में होती है, जब समाप्त आइटम बदलना शुरू हो जाता है। और यहां यह सब इस बात पर निर्भर करता है कि प्रिंटर में किस सामग्री का उपयोग किया जाता है। पानी, गर्मी, प्रकाश, यांत्रिक तनाव के प्रभाव में विशेष सामग्री बदल जाती है, और कुछ कार्यों के लिए भी प्रोग्राम किया जा सकता है।

आइए देखें कि 4 डी प्रिंटिंग की आवश्यकता क्यों है और ऐसी दुनिया का निर्माण किन चीजों के आधार पर किया गया है जो उनके आकार और व्यवहार को बदलते हैं।

भविष्य की कारें

पिछले साल, बीएमडब्ल्यू ने प्रस्तुत किया कि भविष्य की कारें कैसी दिखेंगी। अवधारणा 4D के उपयोग के बिना नहीं थी। जैसा कि इंजीनियरों द्वारा कल्पना की गई है, कार बॉडी में 4D प्रिंटर पर मुद्रित चल त्रिकोणीय खंड होते हैं। ऐसे भागों में एकीकृत कार्यक्षमता होगी, जो अब अलग-अलग हिस्सों को जारी करके और उनसे एक तंत्र को इकट्ठा करके प्राप्त की जाती है।

कार्बन फाइबर की विशेषताओं के समान विशेष सामग्रियों के उपयोग के लिए धन्यवाद, उत्पादन के क्षण से प्रत्येक अनुभाग में प्रोग्राम किए गए फ़ंक्शन होंगे। उदाहरण के लिए, अधिकांश कवरेज बेहतर वायुगतिकी के लिए डिज़ाइन किए गए व्हील निचे की सेवा करेंगे। मोड़ के दौरान, त्रिकोणीय खंड खिंचाव और टायर मेहराब के खिलाफ रगड़ नहीं करते हैं।

कॉन्सेप्ट कार की क्षमताओं का एक दृश्य प्रदर्शन, जिसे चार आयामी मुद्रण का उपयोग करके बनाया गया है:

पानी के संपर्क में आकार में परिवर्तन

हार्वर्ड विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों की एक टीम ने पौधों पर ध्यान आकर्षित किया जो प्रतिक्रिया करते हैं और पर्यावरण उत्तेजनाओं के जवाब में अपना आकार बदलते हैं। हाइड्रोजेल मिश्रित संरचनाएं विकसित की गई हैं जो पानी में डूबे रहने पर आकार बदलती हैं।



आर्किड फूल के आकार की वस्तु विशेष रूप से निर्देशित सेल्यूलोज फाइबर युक्त हाइड्रोजेल समग्र स्याही के साथ मुद्रित की गई थी। लकड़ी के तंतुओं को वांछित दिशा देने के लिए, उन्हें एक्रिलामाइड हाइड्रोजेल के साथ मिलाया गया था। जब पानी में डूब जाता है, तो परिणामस्वरूप पदार्थ अपने ज्यामितीय आयामों को पूर्व निर्धारित तरीके से बदलता है।

समग्र स्याही आपको विभिन्न आकृतियों के उत्पाद प्राप्त करने की अनुमति देते हैं। इसके अलावा, कुछ गुणों को प्राप्त करने के लिए सामग्री की संरचना को बदलना संभव है, उदाहरण के लिए, विद्युत चालकता या बायोकोम्पैटिबिलिटी।


मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी की सेल्फ असेम्बली लैब के शोधकर्ताओं ने एक 2 डी खाका विकसित किया है, जो पानी में डूबने पर एक घन में बदल जाता है। सेल्फ-असेंबली लैब की छपाई के लिए, स्ट्रैटासिस ओब्जेक्ट २६० कोन्नेक्स १ प्रिंटर का उपयोग किया जाता है, जिससे आप विभिन्न सामग्रियों (रबर जैसे और पॉलीप्रोपाइलीन) का उपयोग करके काम कर सकते हैं।

प्रयोगशाला ने कई विविध उत्पाद बनाए हैं जो स्वतंत्र रूप से वांछित आकार या आत्म-इकट्ठा कर सकते हैं। उन्होंने शोले को दिखाया जो खुद फीता और फर्नीचर के टुकड़े जो अपने आप पर प्रकट होते हैं।

अंतरिक्ष रक्षा

4 डी प्रिंटिंग का उपयोग करते हुए, नासा के इंजीनियरों ने उपग्रहों को नुकसान और विकिरण से बचाने के लिए, साथ ही साथ लचीले एंटेना का उत्पादन करने के लिए एक धातु का कपड़ा बनाया । कपड़ा एक प्रकार का "चेन मेल" है जो चांदी और अन्य धातुओं के टुकड़ों से बनाया जाता है। सामग्री को बार-बार, असंतुलित, फैला और संकुचित किया जा सकता है। कपड़े के प्रत्येक पक्ष के अपने गुण हैं, प्रकाश और गर्मी को दर्शाता या अवशोषित करता है। इसके लचीलेपन के बावजूद, कपड़े को फाड़ना बेहद मुश्किल है। यह योजना बनाई गई है कि उपग्रह को अंतरिक्ष में प्रक्षेपित करने से पहले सुरक्षात्मक सामग्री में पैक किया जाएगा, या इसकी मदद से वे अंतरिक्ष यान और रहने योग्य मॉड्यूल को ढाल देंगे।

सेना के लिए प्रौद्योगिकी

नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के अंतर्राष्ट्रीय नैनो प्रौद्योगिकी संस्थान ने 4 डी प्रिंटर विकसित करने के लिए अमेरिकी रक्षा विभाग से पांच साल का अनुदान प्राप्त किया। चार आयामी प्रिंटर का उपयोग रसायन विज्ञान, सामग्री विज्ञान और रक्षा से संबंधित क्षेत्रों में अनुसंधान के लिए किया जाएगा । यह माना जाता है कि 4 डी प्रिंटिंग माइक्रोचिप्स के लिए नए रासायनिक और जैविक सेंसर, संरचना और सामग्री के निर्माण की अनुमति देगा।

वर्तमान में, कठोर सामग्री (धातु और अर्धचालक) और नरम सामग्री (उदाहरण के लिए, जैविक) से बने अल्ट्रा-हाई रेजोल्यूशन (एक मानव बाल की मोटाई से लगभग 1000 गुना कम) के साथ मुद्रण करने में सक्षम सस्ती उपकरणों की कमी से प्रगति बाधित हो रही है।

एक चार आयामी प्रिंटर आर्किटेक्चर के विकास के लिए उपकरणों की एक नई पीढ़ी का आधार बन जाएगा, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक्स के कार्यात्मक घटकों को बनाने वाली सामग्री को जैविक वस्तुओं के साथ जोड़ा जा सकता है।

आकार स्मृति

4 डी प्रिंटर पर मुद्रित बहुलक मॉडल विरूपण के बाद बहाल हो जाता है।

2013 में वापस, कोलोराडो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने पारंपरिक 3 डी प्रिंटिंग में उपयोग की जाने वाली समग्र सामग्री में "आकार स्मृति प्रभाव" के साथ बहुलक फाइबर को शामिल करके 4 डी प्रिंटिंग तकनीक विकसित की। प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग के उदाहरण के रूप में, परिवहन के लिए तह और खुलासा करने में सक्षम सौर बैटरी, पर्यावरण के अनुकूल मोटर वाहन कोटिंग्स, साथ ही साथ एक सैन्य वर्दी जो छलावरण के प्रकार को बदल देती है या अधिक प्रभावी ढंग से गैस या टुकड़े से बचाती है, को बुलाया गया था।

तीन साल बाद सिंगापुर यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी एंड डिजाइन, एमआईटी और जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिकों की एक संयुक्त टीम ने प्रकाश के साथ फोटोसेंप्टिव सामग्री के संपर्क के आधार पर एक नई 4 डी प्रिंटिंग विधि विकसित की है । एक नई प्रिंटिंग तकनीक एक मानव बाल के रूप में तत्वों को बनाने में सक्षम है।



प्रकाश संश्लेषक बहुलक का एक समाधान प्रिंटर में डाला गया था और वांछित वस्तु को परत द्वारा परत किया गया था, जो पराबैंगनी प्रकाश के साथ सामग्री को संसाधित करता है। यह सत्यापित करने के लिए कि बहुलक विकृतियों से उबरने में सक्षम है, शोधकर्ताओं ने एक नरम मैनिपुलेटर मुद्रित किया, जो कि इसकी स्वतंत्र अवस्था में बंद है। इसके साथ, वैज्ञानिक छोटी वस्तुओं (जैसे शिकंजा) को सफलतापूर्वक पकड़ने में सक्षम थे।

पहले से ही इस स्तर पर, एक समान तकनीक को वास्तविक उपयोग के लिए अनुकूलित किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, कैप्सूल बनाएं जो शरीर के तापमान में वृद्धि के साथ पदार्थों को जारी करते हैं।

दवा में मुद्रण

उत्तर-पश्चिमी चीन में शानक्सी प्रांत के डॉक्टरों ने चार आयामी मुद्रण तकनीक का उपयोग करते हुए एक सफल और दुर्लभ श्वासनली ऑपरेशन किया । डॉक्टरों ने वायुमार्ग को खुला रखने के लिए रोगी में एक ट्यूबलर ट्रेकिअल स्टेंट डाला। स्टेंट उत्पादन के लिए, पॉलीकैप्रोलैक्टोन बायोमेट्रिक का उपयोग किया गया था, जो समय के साथ घुल जाता है - मानव शरीर में बायोडिग्रेडेशन धीरे-धीरे होता है, लगभग 3 साल। डॉक्टरों ने मुद्रित स्टेंट के विघटन समय को पूर्व निर्धारित किया है, और रोगी को इसे हटाने के लिए दूसरे ऑपरेशन से गुजरना नहीं होगा।

इसी तरह का एक मामला संयुक्त राज्य अमेरिका में हुआ था। गैरेट पीटरसन का जन्म ब्रोन्ची - ब्रोन्कोमलिया की विकृति के साथ हुआ था, जब उपास्थि पर्याप्त कठोर नहीं होती है। ब्रोन्कियल वेंटिलेशन बिगड़ा हुआ था, और बच्चे ने जीवन का समर्थन करने वाले फेफड़ों के कृत्रिम वेंटिलेशन पर यूटा विश्वविद्यालय के एक अस्पताल में अपना पूरा जीवन बिताया।

इस बीच, मिशिगन विश्वविद्यालय में, उन्होंने एक तीन-आयामी प्रिंटिंग बस विकसित की, जो अंततः बिना किसी परिणाम के शरीर के अंदर गिर सकती है, लेकिन साथ ही साथ दो से तीन साल तक वायुमार्ग को खुला रख सकती है - ब्रोन्कियल उपास्थि को बहाल करने के लिए पर्याप्त है।

वर्चुअल मॉडल बनाने के बाद, प्रिंटर एक विशिष्ट ट्रेकिआ के रूप में पॉलीकैप्रोलैक्टोन परतों को प्रिंट करता है। हालांकि व्यक्तिगत स्टेंट बनाने की प्रक्रिया मुश्किल लग सकती है, इसमें केवल एक दिन लगता है।

यह संभावना है कि 4 डी बायोमेट्रिक जल्द ही या बाद में श्वसन रोगों से बहुत आगे निकल जाएंगे। चेहरे के पुनर्निर्माण और कान की मरम्मत की समस्याओं का पहले से ही अध्ययन किया जा रहा है।

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सामान्य तौर पर, चार-आयामी मुद्रण के क्षेत्र में काम करने वाले अधिकांश वैज्ञानिक अगले पाँच वर्षों में वस्तुओं और चार-आयामी मुद्रण की सामग्री के विस्फोटक विकास की भविष्यवाणी करते हैं।