Kā 4D Iespieddarbi

{h1}

4d drukāšana varētu mainīt modes, veselības aprūpes un aizsardzības nozares. Uzziniet visu par četrdimensiju drukāšanu vietnē WordsSideKick.com.

Iedomājieties, ka mašīnas un konstrukcijas, kuras mēs izmantojam katru dienu, sākot ar skaidu plākšņu grāmatu plauktiem un beidzot ar daudzdzīvokļu mājām, varētu samontēt pašas. Ne vairāk Ikea sešstūrainās uzgriežņu atslēgas, ne vairāk celtņu, tikai trīsdimensiju drukāti materiāli, kas "zina", kā salocīt, salocīt un stīvināt, piemēram, augi, kas aug video ar laiku.

Citiem vārdiem sakot, kas būtu, ja mēs varētu izdrukāt četrdimensiju objektus?

Labi, protams, tehniski viss ir četrdimensiju - faktiski, pēc fiziķu domām, 10 vai vairāk dimensiju -, bet mēs galvenokārt domājam par uzbūvēto pasauli garuma, platuma un augstuma ziņā. Ceturto dimensiju, laiku, mēs redzam kā ienaidnieku, kura sekām mēs darām visu iespējamo, lai pretotos (eksperti joprojām nav vienisprātis par to, vai piektā dimensija ir “Krēslas zona” vai grupa, kas dziedāja “Ūdensvīra laikmets”).

Tāpēc mēs sienas un caurules būvējam cik vien iespējams spēcīgi - un turpinām tos remontēt, novecojot, jo celtniecība prasa laiku, naudu un pūles, un mēs negribam to darīt atkal un atkal. Bet ko tad, ja laiks nebūtu ienaidnieks? Pieņemsim, ka struktūra varētu izvērsties pati, piemēram, origami. Iedomājieties, vai tā sienas varētu saliekties vai nostiprināties, reaģējot uz mainīgām slodzēm, vai ja aprakta caurule varētu mainīt formu, lai pielāgotos dažādām ūdens plūsmām, vai arī sūknēt ūdeni caur peristaltiku, piemēram, jūsu gremošanas sistēmai. Izmantojot četrdimensiju drukāšanu, nekas nav iesēts akmenī, ja vien nevēlaties, lai tas būtu.

Ja pētnieki un ražotāji to var izmantot, četrdimensiju drukāšana varētu mainīt visu mūsu ideju par ražošanu. Uzņēmumi varētu izdrukāt nojumes, mašīnas un instrumentus, pēc tam tos sapakot un nosūtīt, kur nepieciešams - katastrofu vietas vai sagatavot naidīgai videi, piemēram, kosmosam vai okeāna grīdai. Cilvēkam kaitīgi vides apstākļi tur faktiski var izraisīt objekta formas un īpašību izmaiņas - ne tikai vienreiz, bet atkārtoti.

Tam visam pamatā ir fizika, ķīmija un ģeometrija, kas notiek pēc ikdienišķākajiem dabas procesiem. Apsveriet, kā jūsu mati maina formu, kad vētra rit, jo tas ir vienkāršs gaisu saturoša ūdens avots, kas izraisa keratīna proteīnus neparasti lielu daļu ūdeņraža saišu, kas liek tiem salocīties, nevis izstiepties [avots: Štrombergs]. Vai arī padomājiet, kā plakanajam piepūšamajam krēslam ir paredzama forma gaisā, jo tā sekcijām ir dažādas īpašības.

Četru dimensiju ierīcēm nav nepieciešams, lai cilvēki tās uzbūvētu, kā arī tie nav roboti, kuru darbībai nepieciešami mikroshēmas, servo un armatūra. Viņu vienīgā "programmēšana" ir saistīta ar ģeometriju, fiziku un ķīmiju, kas iegulta to struktūrās.

Dimensijas pievienošana

Chromat Adrenaline kleita, kas izgatavota no 3D drukātiem paneļiem, raksturo Intel Curie moduli. Kas padara to četrdimensiju? Kad kleita sajūt lietotāja adrenalīnu, tā izplešas.

Chromat Adrenaline kleita, kas izgatavota no 3D drukātiem paneļiem, raksturo Intel Curie moduli. Kas padara to četrdimensiju? Kad kleita sajūt lietotāja adrenalīnu, tā izplešas.

Pamatā 4-D drukāšana ir 3D drukāšanas un cita visprogresīvākā lauka kombinācija, sevis montāža.

Pašmontāža ir tieši tāda, kā izklausās - spontāna gabalu sakārtošana lielākā, funkcionālā veselumā. Lauks ir populārs nanotehnoloģiju aprindās divu ļoti labu iemeslu dēļ. Pirmkārt, sevis montāža jau notiek nanomērogā un nodrošina virzošo spēku procesiem, sākot no olbaltumvielu salocīšanas līdz kristālu veidošanai [avots: Boncheva and Whitesides]. Otrkārt, mums nav āmuru, uzgriežņu atslēgu un skrūvgriežu, nekā var uzbūvēt molekulas lieluma mašīnu. Tas jādara pats par sevi.

Bet, ja mēs varētu palielināt pašmontāžu līdz cilvēka proporcijām, tas ļautu mums padarīt pašreizējos produktus lētākus un vienkāršākus vai arī radīt citādi neiespējamas jaunas tehnoloģijas [avots: Boncheva un Whitesides]. Tas ir rūpīgs un bieži vien nomākts darbs. Pat ideālos apstākļos tas prasa sadalīt montāžas secību, attīstīt programmējamas detaļas un nākt klajā ar enerģijas avotu, kas nodrošinās jūsu kontracepcijas gaitu. Dažu kļūdu labošanas veidošana arī nav slikta ideja [avots: Tibbits]. Tomēr galvenokārt jums ir nepieciešami darbam piemēroti rīki un materiāli.

Ievadiet 3D drukāšanu. Lai arī turpina parādīties jaunas pieejas, trīsdimensiju drukāšana tradicionāli nozīmē to, ka uz drukas pamatnes atkārtoti tiek noteikti precīzi definēti polimēru slāņi. Tā kā katrs jaunais slānis sacietē un saplūst ar zemāk redzamajiem, rodas trīsdimensiju forma. Agrīnie modeļi varēja drukāt tikai ar vienu materiālu vienlaikus, bet jaunāki trīsdimensiju printeri nodrošina plašāku drukas materiālu klāstu un drukāšanu ar vairākiem materiāliem vienlaikus. Tas ir svarīgs sasniegums četrdimensiju drukāšanā, jo dažādi materiāli ļauj izstrādātājiem būvēt vietās, kas sastingst, saliekas vai uzbriest vai kuras noteiktos veidos "vēlas" salocīt. Viņiem var būt zonas, kas ūdeni uzsūc kā sūklis, vai arī, nonākot gaismas iedarbībā, rada elektrisko strāvu. Debesis ir robeža, ja vien esat izveidojis pareizo ģeometriju.

To sauc MIT pašsapulces laboratorija programmējama matērija - pieeja zinātnei, inženierijai un materiāliem, kas koncentrējas uz matēriju, kuru var iekodēt, lai pārveidotu sevi vai mainītu tā funkciju. Viens programmējamo materiālu pielietojums ir četrdimensiju drukāšana [avots: MIT].

Pārvietojamības tirgus

Tirgus pētījumu firmas Marketsandmarkets 2015. gada ziņojumā tika prognozēts, ka četrdimensiju drukāšana ik gadu līdz 2025. gadam veidos 555,6 miljonus ASV dolāru gadā. Ziņojumā tiek pieņemts, ka 4-D tehnoloģiju īstermiņā paredzēts komercializēt, bet tikai mērens sākotnējais progress (pāreja rada augstas sākotnējās izmaksas). Runājot par agrīnajiem ieviesējiem, ziņojumā tika izdalīta aviācijas, aizsardzības un militārā nozare, taču tajā kā potenciālos jaunos izmantotājus uzskatīja arī tādas nozares kā autobūve, tekstilizstrādājumi, veselības aprūpe, celtniecība un komunālie pakalpojumi [avots: Halterman].

Programmējams jautājums: ģeometrija ir liktenis

Kopā ar savu komandu inovāciju ir vadījis MIT Self-Assembly Lab direktors Skylar Tibbits.

Kopā ar savu komandu inovāciju ir vadījis MIT Self-Assembly Lab direktors Skylar Tibbits.

MIT pētnieki nav vienīgie, kas strādā ar četrdimensiju drukāšanu, taču skolas pašsapulces laboratorija ir tā, kas izraisīja vislielāko slampāt, lielā mērā pateicoties tās direktora, arhitekta Skylar Tibbits TED sarunām.

Laboratorijas pētnieki vispirms ienāca pašmontāžas pasaulē, izveidojot vienkāršus, liela mēroga, pašbūves robotus. Kad viņi atzina, ka darbaspēks un izdevumi nav izmantojami, viņi pievērsās formām un materiāliem ar tajos iebūvētu loģiku.

2010. gadā viņi izveidoja Logic Matter - bloķējošu formu kopumu, kas varētu atrisināt skaitļošanas problēmas, izmantojot tikai to ģeometriju.

Samazināts līdz visvienkāršākajam, dators darbojas, izmantojot elektroniskos vārtus, kas apvieno 1 un 0 un sniedz patiesu vai nepatiesu atbildi. Šajos vārtos tiek izmantota Būla algebra, kurā tiek uzdoti tādi jautājumi kā "vai abas ir ieejas 1?" vai "vai nu ievade ir 1?" Tibbits laboratorija uzdeva tos pašus jautājumus, bet parasto elektrisko ieslēgšanas / izslēgšanas stāvokļu vietā, izmantojot 1s un 0, izmantojot sarežģītus daudzskaldņus. Ievadīts, lai formas noklikšķinātu uz vietas. Tādējādi tika izveidota jauna konfigurācija, kas ļautu nākamajai formai - izvadei - piestiprināties tikai uz augšu (patiesa) vai uz leju (nepatiesa) orientācijā, sniedzot atbildi.

Loģiskais jautājums nepacēlās līdz pašsavienošanās līmenim - gabaliem bija vajadzīgas cilvēka rokas, lai tos kopā saliktu -, bet tas tomēr bija svarīgs pirmais solis šajā virzienā, parādot, ka matērijai var būt iebūvētas instrukcijas [avots: Tibbits]. Turpmākajos gados sevis asamblejas laboratorijas pētnieki arvien vairāk pārcēlās uz priekšmetiem, kas vairāk atbilst viņu nosaukumam: ģeometriskas formas, kuras apvienos, ja tās saritinās vai krata traukā, ķēdes, kuras kratot ieguva noteiktas formas utt.

Tas iezīmēja nākamo svarīgo soli: iebūvētās ģeometriskās tendences apvienošana ar enerģijas pieplūdi (vai kādu citu vides faktoru), lai to ieslēgtu pārnesumā.

Bet kāda ir šī ģeometriskā tendence? Nu, ja jūs kādreiz esat mēģinājuši kaut ko izgatavot no kartona (vai koka, vai metāla), tad zināt, ka tas vieglāk salokās, ja vispirms to iemet. Rezultātu vērtēšana ir sava veida programmēšana, veids, kā panākt, lai materiāls izturētos tā, kā jūs to vēlaties. Tagad kartona vietā iedomājieties materiālu kombināciju, no kuriem daži var absorbēt ūdeni un izaugt, bet citi paliek stīvi. Iemetiet to ūdenī un vērojiet, kā mainās tā forma. Esiet pietiekami gudrs, izmantojot savus salocījumus un šķirošanu, un, pirms jūs to zināt, jums ir kaut kas patiesi īpašs.

Bet vispirms jums ir nepieciešams precīzi kontrolēt izmantotos materiālus un modeli, kādā jūsu tehnika tos nosaka. Un šī pieeja labāk darbosies mazākos mērogos, kur enerģijas ieguldījumiem un materiālu atšķirībām var būt lielāka ietekme. Daudzmateriālu trīsdimensiju druka palīdzēja nodrošināt vajadzīgos kontroles pētniekus, bet viņiem vajadzēja arī pareizos materiālus.

Pašu saliekamais Origami

Komanda no Hārvardas izveidoja orhideju, kas veidojās, kad to ievietoja ūdenī.

Komanda no Hārvardas izveidoja orhideju, kas veidojās, kad to ievietoja ūdenī.

Kad Tibbits pieminēja savu ideju Minesotas bāzes 3D drukas uzņēmuma Stratasys ļaudīm, viņi parādīja viņam materiālu, kas, audzējot ūdenī, varētu pieaugt par 150 procentiem. Ūdens piedāvā daudzsološu paņēmienu, kā manipulēt ar četrdimensiju objektiem, jo ​​daba piedāvā daudzus objektu modeļus, kas maina formu, reaģējot uz mitrumu. Mēs tos saucam par augiem.

Augi izstādīti tropisms, tendences noteiktos veidos augt, pamatojoties uz vides faktoriem, piemēram, saules gaismu (fototropisms), ūdeni (hidotropismu), smagumu (gravitropismu), ķīmiskām vielām (chemotropismu) un pat fizisku kontaktu (tigmotropisms). Piemēram, augiem ir tendence saliekties pret saules gaismu, jo saules gaisma nogalina hormonus, ko sauc par auksīniem, kas veicina augšanu. Līdz ar to auga puse, kas vērsta pret sauli, aug ātrāk nekā tai puse, kas tai vērsta, liekot augam saliekties gaismas virzienā. Ar nelielu iztēli ir viegli redzēt, kā mēs varētu līdzīgi saliekt fiziku, kas saista materiālus, vidi un enerģiju, lai izdarītu mūsu solījumus.

Ņemot vērā iedvesmu, ko augi ir snieguši 4-D drukāšanas pētniekiem, varbūt nav pārsteidzoši, ka Hārvardas komanda 2016. gadā sniedza jaunumus, izveidojot 4-D drukātu "orhideju", kas, nonākot ūdenī, ieguva sava vārdamāsa formu. Zieds tika iespiests, izmantojot hidrogēla kompozītu, kas tika iepildīts caurulēs, pēc kārtas kā slānis, piemēram, apledojot no konditorejas maisa, uz drukas gultnes [avots: McAlpine].

Ziedu izturēšanos izskaidro divi iespiešanas procesa aspekti. Pirmais ir hidrogela lietošana, kas var absorbēt lielu daudzumu ūdens. Otrais ir fakts, ka kompozītā bija arī celulozes šķiedras - mazas, spēcīgas šķiedras, kas ir būtiskas augu struktūrai. Tā kā celuloze vienmēr plūda zināmā virzienā, komanda to varēja uzmanīgi modelēt, lai kontrolētu, kuras zieda daļas varētu uzbriest un kuras paliek nemainīgas, tiklīdz tās tiek pakļautas ūdenim [avots: McAlpine].

Nav šaubu, ka laika gaitā mēs redzēsim vēl daudzus eksperimentus, izmantojot dažādus citus materiālus, piemēram, vadus elastīgām un dinamiskām elektriskām ķēdēm. Bet mēs, iespējams, redzēsim, ka termins četrdimensiju drukāšana, tāpat kā vairums buzzwords, pieņems pats savu dzīvi, paplašinoties, iekļaujot plašāku tēmu klāstu. Piemēram, viens uzņēmums, Nervu sistēma, apraksta savu jauno paņēmienu trīsdimensiju drukāšanai - kas drēbes rada no gudri sakārtotām neilona ziedlapiņām, kas savienotas ar šuvēm, kā “četrdimensiju drukāšanu” [avots: Rosencranz].

Apskatīsim dažus citus potenciālos četrdimensiju nākotnes darījumus.

Es nezinu, vai tā ir māksla, bet es to valkāšu

Nervu sistēmas kleita tika veidota, izmantojot kinemātika, ko dažreiz dēvē par kustības ģeometriju. Izmantojot daudzus aprēķinus un gudru dizainu, uzņēmums varēja izgatavot elastīgus apģērba gabalus no desmitiem tūkstošu stingru, savstarpēji saistītu gabalu. Kopš tā laika Modernās mākslas muzejs ir iegādājies kleitu un programmatūru, ko izmanto, lai to izveidotu pastāvīgajai kolekcijai [avots: Rosencranz].

4-D nākotnes atlocīšana

Cik jauki būtu, ja šo MIT paš locīšanas tehnoloģiju kādreiz varētu izmantot jūsu IKEA mēbelēs? Vai, vēl labāk, varbūt peresonalizēts veselības aprūpes aprīkojums?

Cik jauki būtu, ja šo MIT paš locīšanas tehnoloģiju kādreiz varētu izmantot jūsu IKEA mēbelēs? Vai, vēl labāk, varbūt peresonalizēts veselības aprūpes aprīkojums?

Nanomašīnu pasaule ir sākumpunkts pašmontāžas ceļā, daļēji tāpēc, ka tā no dabas var gūt piemērus no efektīviem, sarežģītiem dizainparaugiem, kas paši montējas, reti pieļauj kļūdas un pēc nepieciešamības paši labojas. Šo principu ieviešana cilvēku mērogā ir izrādījusies izaicinoša, taču, ja tas darbojas, iespējas ir iespaidīgas - fakts, kas netiek zaudēts ASV armijā, kura jau ir sadalījusi 855 000 USD starp Hārvardas universitāti, Pitsburgas universitāti un Ilinoisas universitāti, lai finansētu pētījumi par militāriem lietojumiem, piemēram, tiltu un patversmju pašbūvēšana [avots: Campbell-Dollaghan].

Mēs jau esam minējuši, kā mode un iekārtojums var sniegt jautru un izdevīgu veidu, kā ieviest jaunu tehnoloģiju, un, ņemot vērā faktu, ka viens izmērs ļoti skaidri neatbilst visiem, tā ir nozare, kas piemērota šādiem lietojumiem. Drīz mēs varētu redzēt modeļus vai piegriezumus, kas mainās komandā.

Lieta ir tāda, ka liela daļa 3D un 4D drukāšanas pievilcības ir tās elastība. Izmantojot trīsdimensiju datormodelēšanu, uzņēmums varēja pielāgot kleitu vai apavus, lai tie derētu jebkuram ķermenim, tieši ārpus vārtiem, bez griezuma vai šūšanas - un izdrukātu to kā vienreizēju [avots: Rosencranz]. Izmantojot četrdimensiju materiālus un ģeometriju, apģērbs varēja pats pielāgoties, reaģējot uz stiepes un deformācijas spēkiem. Skriešanas apavi var nostiprināties, lai nodrošinātu sānu atbalstu un stabilitāti, vienlaikus uztverot, piemēram, tenisa spēles spriedzi.

BMW jau ir parādījis konceptauto, kas iekļautu četrdimensiju dizainus tā dēvētajā "dzīvajā ģeometrijā". Attēla iekšējie vai ārējie komponenti, kas varētu mainīt formu, lai izturētu mainīgus braukšanas apstākļus. Ārpus automašīnas četrdimensiju paneļi varētu pielāgoties temperatūrai, gaisa plūsmai, stūrēšanai vai sensora ievadei, lai palielinātu aerodinamisko efektivitāti. Riepas un bremzes var mainīties arī, reaģējot uz ceļa apstākļiem [avots: Vijayenthiran].

Nākotnē, biomimētikai un četrdimensiju drukāšanai apvienojoties, mēs varētu redzēt mūsu ķermenim pielāgotas medicīnas ierīces un pat ķermeņa palielinājumus, kas reaģē uz viņu vidi [avots: Grunewald]. Tagad to mēs saucam par personalizētu medicīnu.

Protams, 4-D drukāšanai būs jāpārvar daudzi ierobežojumi, pirms tā var pilnībā izmantot savu potenciālu. Pirmkārt, process joprojām ir ļoti lēns. Un tā atkarība no ģeometrijas to nedaudz ierobežo attiecībā uz to, ko tā var darīt, taču tas, iespējams, ir pagaidu šķērslis. Potenciāli nopietnāki ir spriegumi, kas ietekmē jebkuru materiālu, kurš ir spiests saliekties, vai atteices punkti, ko, iespējams, rada šāda ģeometrija. Turklāt dažos gadījumos četrdimensiju materiāliem ir problēmas ar neatjaunošanu - tie paliek savā jaunajā formā, nevis atgriežas pie vecā, vai arī nepāriet starp stāvokļiem, kā paredzēts [avots: Wassmer].

Par to, vai četrdimensiju drukāšana rada iedoma, zinātkāri vai nākamo lielo lietu, tikai laiku - pietiekami atbilstoši - pateiks.

3D drukāšana palielina ātrumu

Viena no galvenajām 3D printeru problēmām ir tā, ka tie ir s-l-o-w. Bet jaunā tehnoloģija, kuru Carbon3D uzsāka 2015. gada TED konferencē, iespējams, vienkārši bija iesākusi tehnoloģiju augstākā ātrumā. Tā vietā, lai izmantotu piedevu pieeju, kuru izmanto lielākā daļa savu brālēnu printeru, tā priekšmetu audzēšanai izmanto skābekli un gaismu, izvelkot tos no sveķu vannas procesā, kas atgādina ātras krāsas kristālu augšanu [avots: DelViscio].

Autora piezīme: Kā darbojas 4-D drukāšana

4-D drukāšana joprojām ir agrīnā stadijā - noteikti ir par agru zināt, vai tas ir nekas vairāk kā gudrs veids, kā tirgot saistītu ideju kolekciju, nemaz nerunājot par to, ja to var padarīt praktisku. Bet daži no cilvēkiem, kuri veic derības par šāda veida lietām ir derības par to, un kāpēc gan ne? Ja tas var izdarīt tikai nelielu daļu no tā, kas paredzēts, lai to izdarītu, tas iet uz vietām. Paskatieties, cik tālu 3D drukāšana ir sasniegusi tikai dažu desmitgažu laikā.

Joprojām ir jābrīnās, vai šīm makro mēroga pašsavienojošajām tehnoloģijām var darboties ierobežoti. Ir tikai tik ātri, ka materiāls var augt, saritināties, saliekties vai vienkārši slīdēt kopā, nemainot materiālu kaut kādos radikālos veidos. Un atkal, iespējams, pietiekami daudz enerģijas, kas iestrēgusi noteiktā sistēmā, var pārvarēt jebkuru šādu problēmu, pieņemot, ka materiāli var radīt slodzi.


Video Papildinājums: .




Pētniecība


Galerija: Pārsteidzoša Amatieru Fotogrāfija
Galerija: Pārsteidzoša Amatieru Fotogrāfija

'Amerikāņu Izgudrotājam' Vajadzīgs Majors Tinkerings
'Amerikāņu Izgudrotājam' Vajadzīgs Majors Tinkerings

Zinātne Ziņas


Sīka, Dīvaina Primātu Fosilija, Kas Nav Ievietota Ogļu Raktuvēs
Sīka, Dīvaina Primātu Fosilija, Kas Nav Ievietota Ogļu Raktuvēs

Briedis Ar 'Vampire Fangs', Kas Pirmo Reizi Novēroti Gadu Desmitos
Briedis Ar 'Vampire Fangs', Kas Pirmo Reizi Novēroti Gadu Desmitos

Nespēja Atklāt Sarkasmu Maija Heralda Demenci
Nespēja Atklāt Sarkasmu Maija Heralda Demenci

Vai Hpv Vakcīna Varētu Ārstēt Kārpas?
Vai Hpv Vakcīna Varētu Ārstēt Kārpas?

“Nāves Vēlmes” Kafija Ar Augstu Kofeīna Daudzumu, Kas Atgādināta Par Botulisma Draudiem
“Nāves Vēlmes” Kafija Ar Augstu Kofeīna Daudzumu, Kas Atgādināta Par Botulisma Draudiem


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com