4D Baskı Nedir? Katmanlı Üretimi Akıllı Malzemelerle Birleştirme

Henüz üç boyutlu baskı ve eklemeli imalatın olanaklarını ve sınırlarını anlamaya çalışırken, kelime dağarcığımıza eklenen yeni bir terim ortaya çıktı. 4D baskı, yeni bir boyut içeren bir dijital üretim teknolojisi 3D baskıdan başka bir şey değildir. 4D baskı, basılı materyalin bir kez hazır olduğunda, çevresel uyaranlara yanıt veren içsel özellikleri nedeniyle bağımsız olarak değişebilir, dönüşebilir veya hareket edebilir.

4D Baskı Kullanım Alanları

4D baskı konsepti, Stratasys ve Autodesk ile iş birliği içinde Massachusetts Institute of Technology (MIT) Self-Assembly Lab'i koordine eden araştırmacı Skylar Tibbits tarafından popüler hale getirildi. 4D baskı teknolojisi hala oldukça yeni; ancak kullanımı tam anlamı le anlaşıldığında, inşaat, altyapı, otomobil ve havacılık gibi birçok alanda ve hatta sağlık için biyobaskı ile birlikte kullanılması bekleniyor.

4D Baskı Nasıl Elde Edilir?

4D baskı, doğrudan nesneyi oluşturmak için kullanılan malzemelere bağlıdır. Araştırmacı Anna Ploszajski'nin bir dersinde gösterdiği gibi; sözde akıllı malzemeler, ısı, ışık, nem, basınç veya manyetizma gibi harici bir uyarana tepki olarak değişen bir özelliğe -şekil, boyut veya renk- sahip katı maddelerdir. Bu malzemeler, iç malzeme özellikleri nedeniyle basittir.

Anna'ya göre: “Günümüzün üç boyutlu madde dünyası, tuğla, çelik ve cam gibi pasif, cansız malzemelerden oluşuyor. Dört boyutlu yapılar, otonom olarak hareket eden, bir uyarana tepki olarak şişen, büzüşen veya bükülen, aktif, hareketli ve sözde “akıllı malzemelerden” yapılır. Ardından bu malzemeler pasif malzemelerle birleştirilir. Bu onların robotik, elektronik veya motor olmadan hareket etmelerini ve şekil değiştirmelerini sağlar.”

Ardından Anna, doğal ve akıllı bir malzeme olarak çam kozalağı örneğini aktarır. Çam kozalağı çalışma şekli olarak, farklı yönlerde uzanan ve koninin açılmasına veya kapanmasına izin veren iki katı lif katmanından geçer. Böylece tohumlar, toprakta yalnızca çimlenme için uygun zaman (sıcak ve kuru) olduğunda serbest bırakılır. Nem yüksek olduğunda, koni kapalı kalır ve tohumları korur. Bu, doğanın karmaşık adaptasyon, esneklik ve verimlilik süreçlerini anlamaya ve kopyalamaya çalışmanın malzeme mühendislerini nasıl motive ettiğinin bir örneğidir. Aynı zamanda, 4D baskının teknolojinin henüz başaramadığı birçok fikri hayata geçirebildiği biyomimikrinin arkasındaki itici güçtür.

4D Baskının Amacı Nedir?

4D baskının temel amacı, malzemeyi programlayarak malzemenin çevresel parametrelere göre tepki vermesini sağlamaktır. Ama bu ne için kullanılabilir? Bu konuşmada Skylar Tibbits, nesnelerin bir şekilde ısıtıldığında veya bir şekilde uyarıldığında büküldüğü ve diğer üç boyutlu hacimleri aldığı devam eden bazı deneyleri gösteriyor. Araştırmacı, altyapı alanında olduğu gibi 4D baskı için çeşitli diğer olasılıklardan da bahsediyor; örneğin, su akışı ile büzülebilen veya genişleyebilen bir drenaj borusu veya arazideki eğimlerin üstesinden gelebilen, bağırsağın peristaltik hareketlerine benzer kasılmalar ve gevşemeler yoluyla atıkları taşıyabilen bir kanalizasyon sistemi gibi

Gelecekteki uygulamalar, parçaların insan müdahalesi olmaksızın hammaddeden nihai yerleşik yapılara kendi kendine dönüşebildiği inşaat, imalat veya ileri malzeme endüstrilerinde görülebilir. Bu, bu noktaya kadar statik ve katı kalan (havacılık, otomotiv, inşaat endüstrileri vb.) ve yakında dinamik, uyarlanabilir ve isteğe bağlı performans için ayarlanabilir hale gelecek olan yapılara ilişkin anlayışımızda gerçekten radikal bir değişimdir. Çoklu malzeme teknolojisi ile geliştirilmiş 4D Baskı, materyalleri fikir kavramından şekil değiştiren dönüşümleri yazdırmaya kadar kontrol etme ve hassas bir şekilde programlama yeteneğimizde devrim yaratabilir. (Skylar Tibbits | Kendi Kendine Montaj Laboratuvarı, MIT)

4D baskı, ayrıca, doku ve organ rejenerasyonunda kullanılabilir; hatta kemik rekonstrüksiyonu için polimerik materyallerin 4D baskıları üzerine şimdiden ciddi araştırmalar bulunmaktadır. Olasılıklar sonsuzdur ve deneyler çok daha ileri gidebilir. Akıllı malzemelerin ve 4D baskının bina cephelerine sağlayabileceği faydaları hayal edin. Öyle bir bina tasarlıyorsunuz ki, iklime uyum sağlıyor ve çeşitli uyaranlara yanıt veriyor. 4D baskı teknolojisi henüz emekleme aşamasında olmasına ve dünya çapında birkaç teknoloji laboratuvarında yoğunlaşmasına rağmen, gelecek vaat ediyor gibi görünüyor. Doğada ustalaşmak yerine onu anlamaya ve taklit etmeye çalıştığımızda, sonuçlar genellikle etkileyici oluyor. Tarih, en güçlünün değil, değişime en iyi uyum sağlayanın ayakta kaldığını gösteriyorsa, akıllı malzemelerle 4D baskı dikkate alınması gereken bir şey gibi görünüyor.