Ekstrüksiyon üretiminin hızlı evrimi yeni bir paradigmaya yol açtı: dört boyutlu (4D) baskı.Bu zamansal 3D baskı, statik nesneler üreten, 4D baskılı beton bileşenleri, insan vücudu ve çevredeki ortama yanıt verme yeteneği ile dinamik olarak etkileşime girdi.
4D Baskı Nedir? Derin bir Bak
Anada, 4D baskı, programlanabilir, akıllı malzemeler kullanan 3D baskının bir uzantısıdır - genellikle bir kaza değil, bir mühendis yanıt, materyal kompozisyonu aracılığıyla baskı işlemi sırasında kodlanır ve iç dağıtım stresi.Bölümde kumaşlanır, MIT-Assembly Lab'ı MIT'de bir araya getirmeye devam eder.
O zamandan beri, alan oldukça gelişmiştir. Bugün, 4D baskı geniş bir malzeme yelpazesini ve tetikler. Örneğin, Nitinol gibi şekil işaretli alaşımlar, bir geçiş sıcaklığının üzerinde ısıtıldığında bir memorized şekline geri dönmek için 3D baskılanabilir. Hydrogels, nem değişiklikleri ile well veya sözleşmeyi genişletebilir.
Altta yatan fiziği tasarımcılar için gereklidir. Dönüşüm, soğuk veya geri dönüşümlü, hızlı (saniye) veya yavaş (saat), ve şekli, sertlik, renk veya porosity değişiklikleri içerebilir.Bu parametreleri tam olarak kontrol ederek, mühendisler talep üzerine ısıtılabilir, yumuşatılabilir veya ısıtılabilir veya değiştirebilirler.
Giyim edilebilir cihazlardaki uygulamalar: Klinikten Klinike
Giyim edilebilir teknoloji temel bir gerginlikle uzun süredir mücadele etti: Bir cihaz doğru biyometrik verileri toplamak için yakın bir şekilde uyum sağlamalı, ancak tüm günlük kullanım için rahat kalmalıdır. 4D baskı, dinamik adaptasyona olanak sağlayarak bu ikizden bir yol sunar.
Özel Fit ve Ergonomi Adaptasyon
En acil avantajlardan biri kişiselleştirilmiş bir uyumdur. Örneğin, aktif olarak baskı altında baskı yapmak için başlangıçta baskıya ihtiyaç duyulabilir ve kullanıcı için tam olarak uygun basınç noktalarına uygun olarak dağıtılabilir.Çünkü dönüşüm geri dönüşümlüdür, çünkü grup geri dönüşümlü baskı malzemeleri sırasında yeniden şekillendirebilir ve üstlenebilirlik bu şekilde baskıya zorlayabilir.Bu adaptasyonu veya torbaları tekrarlayarak baskı noktaları azaltır.
Benzer şekilde, işitme yardımı ve kulak-hazırlı cihazlar genellikle kulak kanalının düzensiz geometrisi nedeniyle rahatsızlıklara neden olabilir. 4D baskılı kulak parçaları, ne zaman ne zaman nem veya vücut sıcaklığına maruz kaldığında, yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş hareket sırasında kalır bir cihazdır.
Smart Capsules
Kombinasyon giyilebilir - kurtarma, atletlik performansı veya lenfömürücünün tıbbi yönetimi için kullanılır - örneğin 4D baskıdan muazzam ölçüde faydalanabilir. Geleneksel sıkıştırma kıyafetleri, egzersiz sırasında çok yüksek olabilir veya çok düşük ücretli, gerektiğinde tam olarak destek sağlayarak. Araştırma tarafından yayınlanan (örneğin, iyileştirici malzemeler)[DDDDDDDDD)
Değişkenlerle Biyometrik Sensörler İletişim
Kalp oranını izleyen, galvanic deri yanıtını veya sıcaklık genellikle samimi cilt temasını gerektirir. Ancak, uzun süreli baskı, ter inşa etmek için deri tahrişine ve sinyal bozulmasına neden olabilir. 4D baskılı sensör konutlar, algılandığında açık olan mikro kanallarını birleştirir, havalandırmaya izin verir veya cilt nefesini azaltır.
Termoregülasyon ve İklim Adaptasyon
Sıcaklık konforunu korumak, çeşitli ortamlarda işlev sahibi olması gereken giyilebilir ürünler için büyük bir meydan okumadır. 4D baskılı katmanlar dinamik insülatörler olarak hareket edebilir: Orta sıcaklık yükselirken, malzeme otomatik olarak vücut ısısını artırmak için genişletebilir veya açık bir şekilde oluşturabilir; ısıyı azaltmak için yapı sözleşmeleri.Böyle akıllı tekstiller, mikserli polimerler kullanarak nemlendirmek için kanıtlanmışlardır.
4D yazılabilirleri için tasarım göz önünde bulundurun
4D baskı için tasarım temel olarak statik 3D baskı veya geleneksel üretim için tasarımdan farklıdır. bileşen sadece son geometrisini içeren bir sistem olarak düşünülmelidir, ancak tüm dönüşüm yolu ve onu yönlendiren koşullar. Aşağıda, mühendisler ve ürün tasarımcılarının ele alması gereken önemli hususlardır.
Malzeme Seçimi ve Stimuli Eşleme
İlk karar, amaçlanan stilistlere cevap veren akıllı bir malzeme seçmektir.In giyilebilirs, stimulus must be safe and natural occur in the use environment. Body Heat (32-37°C) uygun bir tetikleyicidir, sıcaklık-responsive form-memory polimerleri (SMPs) çekici nemlendirmek için dönüşüm sıcaklığının ayarlanması gerekir, böylece vücut içindeki değişimin içi sıcaklık rahatsızlıklar içinde güvenilir bir şekilde ortaya çıkabilir.
Işık destekli malzemeler, fotokhromic veya azobenzene grupları içerenler gibi, fiziksel temas olmadan uzaktan aktivasyona izin vermek, ancak yavaş, pasif ayarlamalar için line-of-görüler gerektirir. Manyetik-field-responsive kompozitler, daha az yaygın olarak, hızlı, geri dönüşümlü aksiyonlama ve ince yapılarda gömülü olabilir.
Fatigue ve Terzibilite için tasarım
Giysiler tekrarlanır - bükme, germe, sıkıştırılır - binlerce döngüden. 4D baskılı bileşenlerin adaptasyon davranışı cihazın yaşam süresi boyunca tutarlı kalmalıdır.Perks-healmemory polimerleri genellikle yorgunluktan muzdariptir: birçok döngüden sonra, form kurtarma oranı azalır ve bu da, tasarımcılar baskı parametrelerini optimize edebilir (katılış yoğunluğunda), UV ışınlama ve malzeme formülasyonunu optimize edebilir.Incorporating self-healmemory polimerleri, poliurethanes, birçok döngüden sonra, poliurethanes, canlı yaşamı azaltılabilir.
Çok Boyutlu Baskı ve Interface Integrity
Birçok adaptive giyilebilir, akıllı ve geleneksel malzemelerin bir kombinasyonunu gerektirir. Örneğin, esnek bir devre kurulu bir türden diğerine kademeli geçişleri kullanarak basılır - çoklu testlerde farklı malzemeler arasındaki arayüz, tasarımcılara tek bir geçiş için izin verir.
Sensörler ve Kontrol Mantıkları
Bazı 4D baskılı bileşenler tamamen pasiftir (prodüktöre doğrudan çevre tetikleyicilerine karşı koyar), diğerleri, gömülü elektronikler aracılığıyla aktif kontrolden yararlanır. Örneğin, iki sertlik modları arasında komut üzerinde geçiş yapmak için gerekli olan bir ısıtıcı ısıtma elemanı doğrudan doğruya basılır.Mevcut akışlar, malzeme ısıları ve etkinleştirir.Bu tür entegrasyon, bataryayı aşırı ısıtmak için dikkatli bir şekilde ısıtmalıdır. Low-power tetikleyicisi, elektroaktif polimerler gibi (EAPlar), alternatif bir seçenek sunar, ancak daha az olgun kalmalıdır.
C ⁇ Design and Simülasyon
4D parçaların fiziksel prototipleme zamanı zaman alıcı ve pahalı, simülasyon en az malzeme ile hedef bir değişiklik elde etmek için zaman bağlı malzeme modellerini kapsamalıdır.Autodesk Fusion 360 ve faz geçişleri ve büyük deformasyonlar[D][D][D][D][FONT][FONT][CONT=0][FONT=0][/FONT=0][/FONT=0][/FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=TRNT=FONT=FO
Vaka Çalışmaları: Gerçek Dünya Adaptif Giyilebilirlik
Öz-Kesinlikle Ayak Bakımı için Insoles
Diabetik hastalar genellikle neuropatiden muzdarip ve ayak ülserleri yüksek risk altındadır. Belirli bölgelerde baskı dağılımı adapte olan bir insole, yüksek riskli alanlardan baskıyı engelleyebilir.Yeni Güney Galler Üniversitesi'nde araştırmacılar, bir hidrogel-PLA ile 4D baskılı bir hidrojektif hidrojektif bir tedavi ile yazdırıldı.Bu, ayak terleri sırasında, insole swellswells in specific regions, yüksek riskli alanlardan baskıyı geri çevirerek (ilk tasarım) baskıyı yüksek oranda basılmıştı.
Adaptif Prosthetic Uses
Prosthetic kullanıcıları genellikle gün boyunca ikamet eden uzuvlarında hacim dalgalanmalarını deneyimliyor, soket rahatsızlıklarına yol açıyor. Toronto Üniversitesi'nde bir ekip sürekli soket baskısını tamamlamak için 4D baskılı bir çizgiyi genişletiyor. Sonuç, konfor ve azaltılmış cilt bozulması içeriyor. Tasarım, lattice sertlik miktarını sağlamak için çok ölçekli bir simülasyon kullanıyordu.
Sorumluluksız Sporting Headbands
Bir tüketici elektronik girişimi yakın zamanda 4D baskılı ter pedleri içeren bir kafa bandı tanıttı. pedler, bir hücreli bazlı hidrogelden yapılmış, 4D baskıyı empoze ederken, genel deneyimi artırmak için deriden uzaklaştırın.
Future Perspectives: Akıllı, Kendi kendine Uygun Giyime Doğru
4D baskının sadece uyarlanmış olmayan sistemlere doğru yol açtığı yörüngeler, aynı zamanda tahmin edici bir cihazla entegrasyon, bireysel aktivite modellerini ve ön yardım dönüşümlerini öğrenmesine izin verebilir. Örneğin, bir diz brace, bir atlama ve sert milisaniyeler önce bir iniş tahmin edebilir.Bu tür gerçek zamanlı anticipatory kontrolün kullanımı, sensörler, eylemcileri ve güç kaynaklarını, tüm 3D baskılı bir dönüşümde yazdırılabilir.
Baskılanabilir bataryalar ve enerji-harvesting malzemeleri, dış güç ihtiyacını azaltacaktır, gerçekten otonom giyilebilir davranışlara olanak sağlar. Triboelektrik nanojeneratörleri (TENGs) vücut hareketinden enerji yakalamak ve enerji şekli değişiklikleri kullanmak için 4D baskılı kumaşlara gömülü olabilir. Benzer şekilde, termo-elektrik jeneratörleri, enerji özerkliği ve adaptif davranışlarının kombinasyonu bakımsız aylar boyunca çalışabilecek şekilde açıklanabilir.
Sürdürülebilirlik başka bir sınırdır. 4D basılı giyilebilir polimerler, retorik ve geri dönüşüm için tasarlanabilir: Akıllı malzemeler düz veya granular durumuna geri dönmek için tetiklenebilir, malzeme kurtarmasını basitleştirir. Biyodegradable form-memory polimerler yenilenebilir kaynaklardan elde edilebilir (örneğin, polilactic asit mısırdan) geliştirilir, çevresel ayak izi azaltır.
Düzenleme engelleri kalır. tıbbi giyilebilirler için, ABD Gıda ve İlaç Yönetimi (FDA) akıllı malzemeler veya aktif davranışlar için titiz bir test gerektirir.Çünkü 4D basılı cihazlar dinamiktir, tasarımları ve tasarımları için güvenlik ve etkililiği kurmak, ISO/ASTM gibi standartlar için daha karmaşıktır.
Meydanlar ve Sınırlar
Söz konusu söze rağmen, 4D baskılı aşınmalar ana akım haline gelmeden önce birkaç engel aşılmalıdır. Akıllı malzemelerin mekanik performansı genellikle geleneksel mühendislik plastiklerinin arkasında gecikmeler. Örnek olarak, örneğin, daha düşük güç ve metaller veya karbon fiber kompozitler, yükleme uygulamaları ile sınırlıyor.
Başka bir meydan okuma, kontrol edilemeyen ortamlarda dönüşümlerin tahmin edilebilirliğidir. Doğrudan güneş ışığına maruz kalan bir aşınma, geçiş ısısının ötesine geçebilir, istenmeyen şekil değişikliklerine neden olabilir.Encapsulation or koruyucu katmanları bunu hafifletebilir, ancak büyük ölçüde dönüşüme müdahale edebilir - çoğu zaman saatlere kadar - etkili bir şekilde yanıt gerektiren uygulamalar için çok yavaş olabilir. Araştırmacılar bu şekilde daha ince geometriler ve daha duyarlı malzemelerle hareket eder.
Kullanıcı güvenini ve kabul aynı zamanda bir rol oynayabilir. İnsanlar kendi başına şekillenen bir cihazla huzursuz olabilirler, özellikle de dönüşüm geri dönemez veya beklenmedik bir şekilde ortaya çıkabilir. Clear communication, ayarlanabilir programlama (örneğin, bir akıllı uygulama aracılığıyla), ve başarısız güvenli mekanizmalar (manual override) güven inşa edebilir - daha fazla konfor, daha uzun ömür boyu ve daha az mekanik ayarlamalar - kabul edilebilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
4D baskılı bileşenlerle uyumlu giyilebilir cihazlar tasarlamak, gerekli olan malzemelerin yakınlığını temsil eder ve konseptten ticari ürüne olan yolculuğu dikkatli malzeme seçimi, sağlam simülasyon ve vücut ısısına yanıt veren programlanabilir malzemeler kullanarak, nemse veya ışık, mühendisler mükemmel bir şekilde giyebilir ve gerektiğinde tedavi edilebilir baskılar sunar.Inforzegenler ve kontrollere yatırım yapmaya istekli olan çok disiplinli cihazlara yatırım yapmak için istekli olacaktır.
[FONT=0)Dön Linkler:[Dönem:[Dönem: 1)
- [FONT=0)MIT Self-Assembly Lab – 4D Printing Research[DDT:1).
- [FONT=0) İleri Fonksiyonel Malzemeler - Adaptif Tekstiller (Wiley)).
- [FONT:0) Doğa - 4D Baslı Yapılar[DÜT:1).
- [FONT:0) ISO/ASTM Standart, Akıllı Malzeme İmalatı için [Dönetici: 1)