בימינו נראה כי הדפסת תלת מימד מהווה את ליבת מרבית מיזמי המחקר החדשים החדשים, בין אם מדובר בפיתוח דרכים להדפיס ארוחות שלמות ובין אם לשחזור תווי פנים לתיקון פני המטופל.
אבל Skylar Tibbits רוצה להגדיל את ההתחלה: הוא מקווה שהדפסת 4D תהיה הדבר של העתיד הלא רחוק כל כך.
השם לקונספט שלו, מודה טיביטס, היה בהתחלה מעט קליל. במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ניסו טיביטים וחוקרים מהחברות Stratasys ו- Autodesk Inc למצוא דרך לתאר את האובייקטים שהם יצרו במדפסות תלת מימד - אובייקטים שלא רק ניתן היה להדפיס, אלא בזכות הקוד הגיאומטרי, בהמשך יוכלו לשנות צורה ולהשתנות מעצמן.
השם נתקע, וכעת התהליך שפיתחו - שהופך את הקוד ל"אובייקטים חכמים "שיכולים להרכיב או לשנות צורה עצמית כשמתמודדים עם שינוי בסביבתו - יכול מאוד להופיע במספר תעשיות, מבנייה ועד לבנייה בגדי ספורט.
"בדרך כלל אנו מדפיסים דברים ואנחנו חושבים שהם סיימו, " אומר טיביטס. "זה הפלט הסופי ואז אנחנו מרכיבים אותם. אבל אנחנו רוצים שהם יוכלו לשנות ולשנות צורה לאורך זמן. ואנחנו רוצים שהם ירכיבו את עצמם. "
Tibbits, מדען מחקר ב- MIT, קיבל בשנה שעברה את הבכורה לקבוע מה שמכונה מעבדת האסיפה העצמית של האוניברסיטה. האתגר היה לראות כיצד חוקרים חכמים יכולים לייצר חפץ מבלי להסתמך על חיישנים או שבבים; כמה נוזלים הם יכלו ליצור משהו בלי חוטים או מנועים.
למרבה המזל, כאשר טיביטס שיתף את הדילמה הזו עם מכרים בסטראסיס, חברת דפוס תלת מימדית מובילה, הם אמרו לו שהחברה פיתחה חומר דפוס שמתרחב בכ -150 אחוז כשהוא מונח במים. זה נשמע מבטיח. אבל השאלה האמיתית הייתה כיצד להביא דיוק לאותה טרנספורמציה כדי שאובייקט יוכל להתגלגל, להתכרבל ולעצב זוויות ספציפיות במקום רק להתנפח כמו ספוג נפוח.
תשובתו של טיביטס: גיאומטריה.
באמצעות מדפסת תלת ממדית, מפעיל מחבר תכנית תכנון וירטואלית לאובייקט, בו המדפסת משתמשת בכדי לבנות את המוצר הסופי שכבה אחר שכבה. כדי ליצור משהו "4D", עם זאת, טיביץ מזין את המדפסת קוד גיאומטרי מדויק המבוסס על זוויותיו וממדיו של העצם אך גם מדידות המכתיבות כיצד עליו לשנות את צורתו כאשר הוא מתמודד עם כוחות חיצוניים כמו מים, תנועה או שינוי טמפרטורה .
בקיצור, הקוד קובע את הכיוון, את מספר הפעמים והזוויות בהן חומר יכול להתכופף ולהתכרבל. כאשר אובייקט זה מתמודד עם שינוי בסביבה, ניתן לעורר אותו לשנות צורה. צינורות, למשל, יכולים לתכנת להתרחב או להתכווץ כדי לעזור להזיז מים; לבנים יכולות לעבור כדי להתאים פחות או יותר לחץ על קיר נתון.
טיביטס הדגים את מושג הדפסת ה- 4D בשיחת TED בשנה שעברה, במהלכה הראה כיצד ניתן לתכנת גדיל בודד של חומר מודפס לקיפול, בפני עצמו, למילה "MIT".
(ראו סרטון של אותה הדגמה למטה)
הצורות של הדברים הבאים
בערך הנקוב, זה מושג מאוד מגניב. אך מתי אנו יכולים לצפות לראות התמורות מסוג זה בעולם האמיתי?
בחלק מהמקרים הם כבר קורים. טיביטס מציין שבננו-טכנולוגיה מדענים הצליחו לתכנת חומרים פיזיקליים וביולוגיים כדי לשנות את צורתם ותכונותיהם - כגון שימוש ב- DNA להרכבה עצמית של ננו-רובוטים.
גורם לכך שזה גורם בקנה מידה אנושי, הוא מצהיר, הרבה יותר מאתגר, במיוחד בענפים מסורתיים יותר, כמו בנייה. אבל Tibbits אומר שלפחות חברה אחת מעוניינת לראות כיצד ניתן ליישם תכנות 4D על תשתיות. יש פוטנציאל, לדבריו, בשימוש בהרכבה עצמית של חומרים באזורי אסון או בסביבות קיצוניות בהן בנייה קונבנציונאלית אינה בר ביצוע או יקרה מדי. למשל, הוא רואה עתיד למה שהוא מכנה "תשתית אדפטיבית" בחלל.
טיביטס טוענים כי המעבדה שלו עובדת בשיתוף פעולה עם מספר שותפים בתעשייה בדרכים בהן הם יכולים לשלב את הרעיון 4D בעסקים שלהם. באשר למקום בו אנו עשויים לראות טרנספורמציה של מוצרים על המדפים, טיביטס רואה בחדשנות בריהוט או בגדי ספורט. הוא מציע את הדוגמא של נעלי ספורט שיכולות לשנות צורה ותפקוד בתגובה לאופן השימוש בהן.
"אם אני מתחיל לרוץ, " הוא אמר, "[נעלי הספורט] צריכים להסתגל להיות נעלי ריצה. אם אני משחק כדורסל, הם מסתגלים לתמוך בקרסוליים שלי יותר. אם אני הולך על דשא, הם צריכים לגדל סוליות או להיות אטומים למים אם זה לא כמו שהנעל הייתה מבינה שאתה משחק כדורסל, כמובן, אבל היא יכולה לדעת איזה סוג אנרגיה או איזה סוג של כוחות מופעלים על ידי כף הרגל שלך. זה יכול להשתנות על בסיס לחץ. או שזה יכול להיות שינוי לחות או טמפרטורה. "
חשיבה רב ממדית
להלן כמה התפתחויות אחרונות בהדפסת תלת מימד ו- 4D:
- תמרוני צבא: צבא ארה"ב העניק מענק לאוניברסיטת הרווארד, אוניברסיטת פיטסבורג ואוניברסיטת אילינוי כדי לחקור דרכים בהן הצבא יכול להשתמש בחפצים בהרכבה עצמית, מה שמעלה את האפשרות למקלטים או גשרים העולים לכושרם.
- רק אל תגיד לאף אחד שהאיפור שלך הגיע מיד מהמדפסת: סטודנט הרווארד גרייס צ'וי יצר אב-טיפוס למדפסת תלת מימד בשם "מינק" שנועד לאפשר למשתמשים לבחור בכל צבע שניתן להעלות על הדעת ואז למעשה להדפיס איפור בגוון ההוא.
- הכל בעבודה של יום: בסין השתמשה חברת הנדסה במדפסות תלת מימד כדי לבנות 10 בתים בקומה אחת ביום. המדפסות, שרוחביה היו 33 רגל וגובהם 22 מטר, השתמשו בתערובת של מלט ופסולת בנייה כדי לבנות את הקירות שכבה אחר שכבה.
וכדי לקבל מידע נוסף על הפוטנציאל של הדפסת 4D, בדוק את הסרטון הזה:
מאמר זה עודכן בכדי לשקף את מעורבותם של Stratys ו- Autodesk Inc במחקר הדפוס 4D.
