4D Printing Anlamak: Kumaşlama Zamanı Ekle

Geleneksel 3D baskı, dijital modellerden gelen statik nesneler katmanı inşa eder, ancak 4D baskı dördüncü bir boyut getirir - 4D baskı yoluyla üretilen Objects, işlevi değiştirmek veya özellikleri, ısı, nem, ışık veya manyetik alanlar gibi üretilen yeni bir sınıftır.Bu yetenek, akıllı malzemeler kullanımından kaynaklanır - sık sık sık sık şekil-memory polimerler, hidrogeller veya kompozitler - bu programlanmış dönüşümler.

Konsept ilk olarak MIT Self-Assembly Lab'daki araştırmacılar tarafından popülerleştirildi, bu da suya yanıt veren kendi kendine özgü yapılar gösterdi. o zamandan beri, alan hızla genişledi, hareket kabiliyetine sahip malzemelerle, algılanıyor ve hatta kendi kendine has bir adım 3D baskının ötesinde sadece artmakta; aktif, duyarlı sistemlerden aktif olarak, çevreye adapte edilebilir.

4D Printing Materials Arkasındaki Bilim

4D baskının kalbinde elastik enerjiyi depolayabilecek veya geri dönüşümlü faz değişiklikleri yapabilen malzemelerin mühendisliği yatıyor: Kullanılan en yaygın akıllı malzemeler:

  • [FONT:0)Shape-memory polimerleri (SMPs):[Dönemli: 1) Bu malzemeler geçici bir şekle ayrılabilir ve sonra belirli bir stile maruz kaldığı zaman kalıcı bir şekle geri dönebilir. SMPs baskılı bileşenlere katılmalıdır, viraja veya komut üzerine bükülmeye izin verir.
  • [FONT:0]Hydrogels:[Dönetici: [Dönetici: 1) Su-swollen polimer ağlarına, nem, pH veya sıcaklıka yanıt veren polimer ağları genellikle yumuşak, biyo-konuşsuz eylemciler için kullanılır.
  • [FONT:0)Liquid kristal elastomerler (LCEs): [Dönder: 1) Işık veya ısı tarafından uyarlandığında büyük, geri dönüşümlü şekil değişiklikleri geçiren malzemeler, bükme, kıvrım, ya da boks gibi karmaşık hareketlere izin verir.
  • [FONT:0)Magnetic kompozitler:[Dönetici:[Dönetici:0) Parçacıklar, dış manyetik alanda uzaktan hareket değerlendirmesine izin veren bir polimer matrisinde gömülüdür.

4D baskılı parçalar oluşturmak için, tasarımcılar çok fazla para birimi 3D yazıcılar kullanıyor (örneğin, katı bir polimer sayfasının bir tarafında ince bir tabakaya dayanan veya sefilli modelleme modeline göre) Hidrojekte edilebilirler, basılı geometri, materyal kompozisyonu ve aktivasyon koşulları, zaman içinde istenen bir dönüşüm üretmek için programlanmışlardır. Örneğin, swell'in bir tarafında ince bir tabakaya baskı yaparak, nem maruz kalma tabakaya neden olur.

Kendi kendini yaratan Elektronik: Prensipler ve Sözler

Kendi kendini şekillendiren elektronikler, bileşenleri olan cihazlara atıfta bulunur - devreler, sensörler, antenler veya güç kaynakları - kendiliğinden manuel montaj olmadan işlevsel konfigürasyonlar organize edebilir. Bu konsept, protein katlama veya hücresel kendi örgütleme gibi biyolojik sistemler tarafından ilham edilir, karmaşık yapılar elektronik olarak, kendi kendine benzeyen yapılarda, kendi kendine benzeyen yapılarda, üretim karmaşıklığı, daha düşük maliyetler ve kendilerini zor erişim yerlerinde bir araya getiren cihazlara ilham verir.

Geleneksel olarak, elektronik montaj, basit, hız ve ölçeklenebilirlik ile karşı karşıya kalır: tamamlayıcı şekiller, yüzey tedavileri veya doğru pozisyonları yönlendiren manyetik yamalar.Ancak cihazlar 3D'ye tam olarak kendi kendini birbirine bağlamak için, bu yöntemler hassas olarak kısıtlanır - ve 4D baskı mükemmelliği sunar.

4D Printing Faciliteates Self-Assembly in Electronics

4D baskı, planlı yapıların bağımsız olarak katlanarak, yuvarlanmasına veya son 3D formlarına ekleyebilmelerine olanak sağlayarak kendi kendini şekillendiren elektronik için güçlü bir platform sunar.

Düz Precursor

Mühendisler ilk olarak elektronik bileşenlerin 2D bir düzeni tasarlar ve esnek bir substrat üzerinde bağlantı kurarlar. substratın kendisi akıllı bir malzeme kullanarak basılır - genellikle bir form-memory polimer veya bikatlı kompozitler, mevcut 2D üretim teknikleri ile çalışır.

Aktivist Tesadüfler Kendi-Assembly

Düz yapı tamamlandığında, altmış bir 3D geometriye (ısı, nefse, ışık veya elektrikli bir akım) akıllı materyali harekete geçirmek için tetikler.Programlanmış katlar veya virajlar kesin olarak bağlı hatları, kaldırma ve dönen bölümlere - ilk önce ana bağlantı oluşturmak için katlanabilir, bir yandan bir batarya ile bir yüze ve başka bir sensörle bir küpe katlayabilir, katlanabilir.

Harvard'ın Wyss Enstitüsü'nden gelen son araştırma, kendini küçük nesneler etrafında şekillendiren, LED ve mikro kontroller ile gömülü, kendini ısıtmalı bir 3D aydınlatma ünitesine katladı.

Elektrik Bağımlılığı

Kendi kendini şekillendiren elektroniklerin temel bir meydan okuma, yapı değişiklikleri şekli olarak güvenilir elektrik bağlantıları sürdürüyor. 4D baskı bunu dikkatli malzeme seçimi ile ele alıyor ve tasarıma bağlı olarak işlevli veya beton metal dolu kanallar – tekrar parçalanmış bir şekilde ayarlanabilir. Alternatif olarak, katlama işlemi kendi ayrı kontaktları bir araya getirebilir, böylece tam bir devrelerin kapatılması.

4D-Yazdır Kendi kendini – Elektronik

4D baskısını kendi kendine benzeyenle bütünleştirmek, geleneksel elektronik üretim üzerinde birkaç farklı fayda sunuyor:

  • [[Dönetici:0)Redüktör karmaşıklık:[Döneticileri manuel montaj adımları ve hassas robotik yerleştirme ihtiyacı. Cihazın kendisini birleştirir, boyutlandırma emriyle süreç adımlarını azaltır.
  • [FONT:0]Cost verimliliği: [Dönetici:[Dönetici:0) Düşük sermaye ekipmanı maliyetleridir, çünkü montaj adım malzemeye intrinsictir. Bu özellikle düşük hacimli, yüksek karışım üretimi veya geleneksel olarak monte edilmesi zor olan cihazlar için faydalıdır.
  • [FONT:0)Rapid dağıtım:[Dönetici: 0:0) Flat cihazlar kompakt olarak depolanabilir ve talep edilebilir. Örneğin, bir uydu anteni başlangıçta düz yazdırılabilir, sonra güneş ışığından ısı kullanarak yörüngede işlenebilir.
  • [FONT:0) Yenilikçi tasarımlar:[D][FONT][/FONT][/FONT=0)[FONT=0) ● İç bileşenleri ile kapalı 3D yapılar, veya sadece gerekli olduğunda, morph'ı sert olan çok ince, esnek cihazlar.
  • [FONT:0) Geliştirilmiş güvenilirlik:[Dönetici:0] Kendi kendine benzeyen insan hatasını azaltabilir ve ortak hataları satabilir. Katlanan eylem tam olarak kontrol edilebilir ve uygun malzemelerin kullanımı mekanik stresten yararlanabilir.
  • [FONT:0]Adaptability:[D-printed elektronikler zamanla işlev değiştirmek için tasarlanabilir. Örneğin, bir tıbbi implant eklenme sırasında düzelebilir ve vücut ısısı tarafından tetiklenen hayati işaretlere başlayabilir.

Giyimlenebilir Teknoloji Uygulamaları

Giysilenebilir elektronik, vücut için uygun cihazlar gerektirir, tekrarlanan bükme ile hayatta kalabilir ve yine de işlevsel olabilir. 4D baskılı kendini monte eden yaklaşımlar, daha sonra bir uz veya formlar etrafında incelendiğinde, travmatik bir şekilde üretilen 3D yapı oluşturabilir ve ETH Zürih'te araştırmacılar 4D baskılı bir kapbayı geliştirdiler, vücut ısısı ile ısıtıldığında, kullanıcının kolu etrafında güvenli bir şekilde sığabilir bir şekilde donatılabilirler.

Tıbbi Cihazlar ve İmplantlar

Kendi kendini monte eden elektronikler, en az invazif bir ilaç için özel bir söz tutar.Derinler, mide monitörü sözleşmeleri ile daha sonra yapılan bir elektrot paketi enjekte edebilir veya yutabilir. Örneğin, Texas Üniversitesi'nde bir ekip, kendi kendini gösteren bir kapsülü göstermiştir, çünkü ingestion sonra, mide monitörü sözleşmeleri izleme ihtiyacı olan elektrolitlerle Y şeklinde bir yapıya dönüşür. Cihazın küçük bir batarya tarafından desteklenir ve verileri kablosuz olarak gönderir.

Bir başka ortaya çıkan uygulama, sinir paketleri etrafında spiral problara sahip 4D baskılı çarşafları keşfeder, elektrik uyarılarını ve kayıt sinir sinyalleri sağlar. Kendi kendine benzeyen cerrahi travmayı azaltır, çünkü bu da radyonun etrafındaki güvenli bir şekilde sarmalanır.

Uzay ve Extreme Çevreler

Uzay araştırmasında, her gram ve metreküpüre sayısı. 4D baskılı kendini monte eden elektronik, bir uzay aracı üzerinde düz bir şekilde paketlenebilir ve sıfır yerçekimi kullanarak varışta dağıtılabilir. NASA, astronotların pahalı ve riskli bir montajını geliştirmeyi finanse etti.

Benzer şekilde, derin deniz veya kutup dağıtımları için, kendini monte eden cihazlar kompakt bir formda depolanabilir ve sonra su sıcaklığı veya baskıya maruz kaldığı zaman etkinleştirilebilir. Bu, sensörler ve iletişim düğümleri karmaşık robotik kurulum olmadan dağıtılabilmelerine olanak sağlar.

Meydanlar ve Sınırlar

Sözcülüğe rağmen, 4D baskılı kendini şekillendiren elektronikler yaygın kabulden önce birkaç engelle karşı karşıya kalmaktadır:

  • [[Malzeme:0)Maliye güvenilirliği:[Dönetici:[Dönetici:0) Akıllı malzemeler tekrarlanan eylem döngüsünden sonra bozulabilir ve iletkenler birçok kattan sonra kırılabilir.
  • [FONT:0) Kendi kendine benzeyen bir bağlantının kurulması: Tamamlanan son pozisyonları ve hizalamalar zor. Üst katlama açılarında küçük hatalar, bağlantıları yanlış veya devre dışı bırakabilir.
  • [FONT:0) Geleneksel elektroniklerle ilgili olarak: Mevcut silikon çipleri ve yüzeysel bileşenler katıdır ve sadece parçalanmamış bölgelere yerleştirmek için esnek çipler veya parçalar oluşturmakta değildir, ancak bu sınırlar tasarım karmaşıklığı.
  • [[Üyetim:0) İmalatın erişilebilirliği: [DDDDDDDDDDD baskı ve roll-to-roll işlemesi gerekli olsa da, çok boyutlu baskı süreci daha yavaş ve daha pahalı.
  • [FONT:0)Environmental tetikleyiciler:[Dönder:[Dönder: 1 ) Çoğu gösteri, ısı veya su, tüm uygulamalar için uygun olmayabilir. Örneğin, tıbbi implantlarda ısı aktivasyonu dokuyu çevreleyen tetikleyiciler ortaya çıkarabilir.

Future Outlook

4D baskı ve kendini şekillendiren elektroniklerin yakınlığı hala erken aşamalarındadır, ancak ilerleme hızlanır. Dünya çapındaki araştırma grupları, daha hızlı yanıt süreleri ile yeni malzemeler geliştiriyor ve daha iyi elektrik iletkenliği. Makine öğrenimi, katlama modellerini ve malzeme dağıtımlarını optimize etmek için kullanılıyor, bu arada, daha karmaşık öz-yaşlı davranışlar.

Yakın vadede (3-5 yıl), ticari kabul edilebilir antenler, entegre sensörler ile tıbbi stentler ve daha uzun vadede 4D-printed elektronik, gerçekten farklı görevlere uyacak şekilde morfing cihazlar bekleyebiliriz - kendini bir telefona katlayan bir telefon veya uçuş için bir topyeküpsiyon ve uçuş için ortaya çıkan bir drone.

Araştırmacılar, [FONTD:0)MIT Self-Assembly Lab, [[FONTD:2)Harvard'ın Wyss Enstitüsü) ve Akıllı Sistemler için umut verici bir adım (Dönetici) sınırları zorlamaya devam etti. Ayrıntılı araştırma[DDDD)[DDDD)[Dönder)[Döneticileri bir elektronik frekans sinyaline yanıt verebilecek bir elektronik sistem açıkladı - uzaktan aktivasyona doğru bir adım.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

4D baskı sadece katkı üretiminin evrimi değildir; bu, imbues baskılı nesneler zamanla değişebilme yeteneğine sahip bir paradigma değişikliğidir. Elektronike uygulandığında, bu teknoloji, düz, kolay-manufacture öncülerinden karmaşık 3D işlevsel sistemlere geçiş yapabilecek olan cihazları kendi şekillendirir.

Malzemedeki zorluklar, hassas ve entegrasyon devam ediyor, ancak devam eden araştırmalar onları sürekli olarak aşıyor. Akıllı malzemeler geliştirir ve 4D baskı süreçleri olgun, kendini monte eden elektronikler laboratuvar curiosities'den pratik, dağıtılabilir ürünlere taşınacak. Sonuç, kendilerini bir araya getiren yeni bir elektronik cihazlar nesli olacak ve geleneksel üretimlerin ötesine daha fazla bilgi sunacaktır.