قابلیت تغییر شکل اجسام در فناوری تولید مواد 4 بعدی

از این مواد جدید می‌توان برای تولید ربات‌های نرم، طراحی حسگرهای سفارشی و ماکروسازه‌های خود مونتاژشونده استفاده کرد. در فرآیند پرینت 4 بعدی، تولید اشیا با استفاده از فناوری چاپ 3 بعدی با استفاده از مواد خاصی انجام می‌شود که به گرما، آب یا فشار حساس بوده و می‌توانند در واکنش به شرایط زیست محیطی و مدت‌های طولانی پس از خروج از پرینتر به‌صورت مستقل و به شکلی خاص و هدفمند تغییر شکل دهند. در برخی موارد حتی این مواد می‌توانند به شکل اولیه خود تغییر حالت دهند.

نمونه‌هایی از پرینت جدید شامل اشیای خود مونتاژی است که هنگام پخته شدن روی هم تا می‌خورند. همین‌طور پلیمرهایی که در واکنش به آب، حرارت و فشار خم می‌شوند و همچنین رشته‌های هوشمندی که با الهام از نانوساختارهای خود مونتاژ ساخته شده است. مسلما در حال حاضر فناوری پرینت 4 بعدی کمی دور از دسترس و کاربردهای عملی است؛ اما این فناوری بسیار جوان بوده و همانند فناوری چاپ 3 بعدی نیاز به برداشتن گام‌های بزرگی رو به جلو دارد تا بیش از پیش در دسترس قرار گیرد.

فناوری چاپ 4 بعدی می‌تواند به تغییرات اساسی در شکل تولید مواد منجر شود. معمولا مواد هنگام خم شدن قدرت مکانیکی خود را از دست می‌دهند و تغییر شکل هر چیز تنها تا حد مشخصی امکان پذیر است. اما حالا محققان هیدروژل مخصوصی ساخته‌اند که در جهات بسیار متفاوت خم می‌شود و قادر است تغییرات سریع، قابل برگشت و مکانیکی قابل اعتمادی در پاسخ به تغییر درجه حرارت آب داشته باشد.

در این ژل‌ها دو شبکه پلیمری وجود دارد که متکی به پیوندهای شیمیایی کوالانسی و یونی متقابل‌اند. ساختار سفت منحصربه‌فرد مواد و جلوگیری از گسترش ترک‌های میکروسکوپی در سراسر ساختار موجب اجتناب از شکست‌های مکانیکی شدید می‌شود. ژل تقریبا در دمای بالاتر از 35 درجه بسرعت بخش زیادی از محتوای آب خود را از دست داده و حجم آن نزدیک به 50 درصد کوچک‌تر می‌شود.

مارک و همکارانش از این فناوری در پرینت یک شیر آب استفاده کردند. این شیر آب در معرض آب گرم بسته شده و 99 درصد جریان آب را مسدود می‌کرد. زمانی هم که دمای آب پایین می‌آمد دوباره باز می‌شد. برخلاف مواد استاندارد استفاده شده در پرینت 3 بعدی، این ژل بدون دخالت انسان بسرعت تغییر شکل داده و می‌تواند بارها و بارها بدون اعمال فشار باز و بسته شود.

این فناوری هنوز در روزهای ابتدایی خود به‌سر می‌برد. اما موادی مانند این ژل که تغییر حالت می‌دهند، می‌توانند به پیشرفت‌های بزرگ در فرآیند ساخت و ساز منجر شوند تا مونتاژ مواد در محیط‌های سخت مانند فضای ماورای جو را بدون نیاز به انسان و ربات‌های بسیار دقیق و گران‌قیمت تسهیل کنند. اگر پرینترهای 3 بعدی در آینده بتوانند تا اندازه ملکولی کوچک شوند، آن وقت انقلابی در کاربردهای پزشکی این فناوری رخ خواهد داد.

Gizmag‌ /‌ مترجم: آتنا حسن‌آبادی