Bayangkan membeli sepatu yang dapat menyesuaikan diri dengan kaki Anda atau mengembangkan perangkat medis yang dapat beradaptasi dengan sempurna dengan anatomi pasien saat dipicu oleh stimulus tertentu. Ini hanyalah beberapa potensi penggunaan pencetakan 4D — area penelitian yang menarik dan berkembang.
Sementara pencetakan 4D mungkin tampak seperti sesuatu yang keluar dari novel fiksi ilmiah, Gartner memperkirakan bahwa $300 juta akan diinvestasikan ke dalam pencetakan 4D pada tahun 2023, meskipun teknologinya masih jauh dari ketersediaan komersial.
Jadi, apa sebenarnya pencetakan 4D itu dan apa manfaatnya bagi produsen?
Artikel hari ini akan membahas cara kerja pencetakan 4D, serta aplikasi teknologi saat ini dan masa depan.
Pencetakan 4D memberi objek cetakan 3D kemampuan untuk mengubah bentuknya seiring waktu. Istilah "pencetakan 4D" mengacu pada dimensi keempat tambahan ini:waktu.
Teknologi yang muncul menggabungkan teknik pencetakan 3D dengan ilmu material tingkat tinggi, teknik dan perangkat lunak.
Material memainkan peran penting dalam pencetakan 4D, karena teknologinya menggunakan bahan yang telah dirancang khusus untuk bereaksi terhadap rangsangan tertentu.
rangsangan umum yang dapat menyebabkan benda-benda buatan untuk berubah termasuk perubahan suhu, cahaya, air, medan magnet serta kimia dan faktor lingkungan lainnya.
Saat dipicu oleh sumber eksternal, objek tercetak 4D dapat melipat atau membuka sendiri dalam bentuk yang telah ditentukan, membuka pintu ke berbagai aplikasi menarik yang akan kita jelajahi di bawah ini.
Pencetakan 3D adalah teknologi pembuatan prototipe dan pembuatan cepat yang menyimpan bahan lapis demi lapis untuk membuat objek tiga dimensi.
Pada dasarnya, pencetakan 4D menggunakan teknik yang sama seperti pencetakan 3D untuk membuat bagian-bagian. Perbedaan utamanya adalah bahwa objek cetakan 4D berubah bentuknya seiring waktu setelah dicetak, sedangkan objek cetakan 3D mempertahankan bentuk tetap yang sama.
Selama proses 4D, ditambahkan kode geometris yang berisi "petunjuk" tentang bagaimana suatu bentuk akan bergerak atau berubah setelah dipicu oleh stimulus. Langkah prapemrograman ini memungkinkan pembuatan objek cerdas dan responsif yang dapat beradaptasi dengan faktor lingkungan tertentu.
Memahami pencetakan 4D terlebih dahulu membutuhkan pemahaman tentang bagaimana suatu bahan akan bereaksi terhadap stimulus tertentu. Dengan menggunakan pengetahuan tentang perilaku material ini, para insinyur dapat merancang objek dengan variasi dalam struktur materialnya.
Berdasarkan desain CAD digital, sebuah model kemudian dicetak 3D, baik dalam bentuk tunggal maupun komposit.
Setelah proses pencetakan selesai, kode geometris yang telah diprogram akan menentukan bagaimana area yang berbeda dari objek harus bereaksi terhadap stimulus tertentu.
Dengan pendekatan ini, insinyur dapat membuat komponen yang mengambil bentuk yang telah ditentukan atau melipat dan membuka dengan cara tertentu ketika dipicu oleh stimulus tertentu.
Ada beberapa teknologi pencetakan 3D yang cocok untuk memproses materi yang dapat diprogram atau 'pintar':
Sementara tiga yang pertama biasanya bekerja dengan bahan berbasis polimer, bahan SLM yang umum adalah logam.
Khususnya, kemajuan terbaru dalam pencetakan 4D sebagian besar dapat dikaitkan dengan kemajuan teknologi Material Jetting, yang memungkinkan pencetakan multi-material. Teknologi ini bekerja dengan menyemprotkan tetesan material, memungkinkan pengendapannya dikontrol dengan ketat.
Seperti yang telah kita lihat, teknologi menggunakan bahan 'pintar' yang dirancang khusus yang memiliki satu atau lebih sifat yang dapat diubah oleh pemicu luar.
Sementara portofolio bahan cetak 4D masih agak terbatas karena tahap awal teknologi, kami telah menguraikan beberapa bahan yang paling menjanjikan yang dapat digunakan dalam pencetakan 4D di bawah ini:
Hidrogel adalah jaringan hidrofilik dari rantai polimer yang dapat menahan sejumlah besar air. Hidrogel dapat digunakan dalam teknologi pencetakan 3D yang dapat disembuhkan dengan UV dan diprogram untuk berubah bentuk sebagai respons terhadap perubahan suhu.
Karena komposisinya terutama air, hidrogel bersifat biokompatibel dan oleh karena itu sangat cocok untuk aplikasi medis. Hidrogel juga dapat digunakan dalam aplikasi seperti robotika lunak dan elektronik fleksibel.
Tahun lalu, para insinyur dari Rutgers University mengembangkan metode pencetakan 4D untuk membuat gel cerdas yang dapat membantu penciptaan struktur hidup di organ manusia dan tisu Bahan yang digunakan? Hidrogel.
Dalam aplikasi ini, bahan hidrogel berubah bentuk saat terkena perubahan suhu. Selain memajukan aplikasi biomedis, pengembangan ini juga memungkinkan aplikasi baru dalam robotika lunak, termasuk sensor dan aktuator yang fleksibel.
Lihat video Rutgers di bawah untuk lebih lanjut:
Shape-memory polymers (SMPs) adalah bahan pintar polimer yang memiliki kemampuan untuk berubah dari bentuk sementara yang tetap ke bentuk aslinya ketika terkena stimulus eksternal.
Karena kemampuan aktuasi aktifnya (kemampuan untuk menggerakkan dan mengontrol suatu mekanisme atau sistem), SMP telah menemukan berbagai aplikasi di bidang kedirgantaraan, robot lunak, biomedis, dan bidang lainnya.
Shape-memory alloys (SMAs) adalah material logam pintar, yang, mirip dengan SMP, mempertahankan "memori" dari bentuk aslinya dan dapat kembali ke bentuk aslinya setelah deformasi di bawah stimulus.
SMA dapat digunakan di berbagai bidang, seperti dirgantara, teknik sipil, dan perangkat biomedis.
Tahun lalu, tim peneliti dari City University of Hong Kong mendemonstrasikan tinta keramik baru, yang menggabungkan polimer dan nanopartikel keramik.
Prekursor keramik cetak 3D yang dicetak dengan tinta ini lembut dan dapat diregangkan tiga kali melebihi panjang awalnya. Beberapa aplikasi yang menjanjikan dari bahan ini termasuk perangkat elektronik serta aplikasi dalam industri kedirgantaraan.
Pencetakan 4D memiliki potensi yang menarik untuk cara produk diproduksi saat ini. Mari kita lihat kemungkinan pencetakan 4D terbuka lebih detail.
Kemampuan untuk menghasilkan bahan cerdas yang bereaksi terhadap faktor eksternal adalah keuntungan utama bagi industri kedirgantaraan. Di sini, pencetakan 4D dapat digunakan untuk membuat struktur self-deploying untuk ventilasi udara, pendinginan mesin, dan penggunaan serupa lainnya.
Airbus SAS, bermitra dengan MIT's Self-Assembly Lab, telah bekerja dengan pencetakan 4D untuk mengembangkan solusi yang akan mendinginkan mesinnya tergantung pada suhu dan faktor lainnya.
Dalam satu contoh, Airbus dan MIT bekerja mengembangkan komponen saluran masuk udara yang dapat berubah dalam menanggapi kondisi aerodinamis untuk mengurangi hambatan udara.
Air inlet yang dibuat dapat menyesuaikan sendiri untuk memungkinkan kontrol otomatis aliran udara yang digunakan untuk mendinginkan mesin. Dengan menggunakan serat karbon, para insinyur memprogram material tersebut sehingga dapat merespons gaya tekanan.
Inlet telah berhasil diuji di terowongan angin dan dapat digunakan di masa depan sebagai pengganti sistem mekanis berat yang saat ini melakukan tugas ini.
Misi luar angkasa juga dapat mengambil manfaat dari pencetakan 4D. Misalnya, para peneliti dari Institut Teknologi Georgia menggunakan polimer memori bentuk untuk mencetak 3D struktur yang terbuat dari penyangga. Struktur ini untuk sementara dilipat rata tetapi dapat terbuka saat terkena panas. Para peneliti percaya penemuan mereka dapat digunakan untuk membuat antena untuk pesawat ruang angkasa dan robot lunak yang berubah bentuk.
Manfaat pencetakan 3D untuk industri pertahanan sangat luas. Sekarang, industri mencari pencetakan 4D untuk lebih banyak aplikasi.
Salah satu penggunaan yang lebih menjanjikan dari pencetakan 4D dapat melibatkan seragam militer yang dapat mengubah kamuflase mereka atau lebih melindungi terhadap gas beracun atau pecahan peluru pada kontak.
Para peneliti juga menjajaki cara-cara militer dapat menggunakan benda-benda rakitan sendiri, termasuk kemungkinan tempat penampungan atau jembatan yang dapat dirakit sendiri.
Potensi pencetakan 4D di bidang medis sangat besar. Di sini, teknologi dapat digunakan dalam aplikasi mulai dari rekayasa jaringan dan perangkat biomedis pintar hingga pembuatan nanopartikel dan nanorobot untuk kemoterapi.
Misalnya, para peneliti di MIT telah mengembangkan tinta cetak 3D yang diresapi dengan partikel mikro magnetik. Struktur 3D yang dicetak dengan bahan ini bersifat magnetis dan oleh karena itu dapat dikendalikan dari jarak jauh.
Teknologi ini dapat digunakan untuk membuat perangkat yang dapat dipandu oleh magnet melalui saluran pencernaan untuk mengambil gambar, mengekstrak sampel jaringan, membersihkan penyumbatan, atau mengirimkan obat tertentu ke area tubuh tertentu. .
Aplikasi potensial lain dari pencetakan 4D terletak pada rekayasa jaringan. Dalam bidang ini, hidrogel biokompatibel dapat digunakan untuk mencetak kulit buatan untuk cangkok dan bahkan implan yang mampu mengubah bentuk dan fungsi tanpa intervensi dari luar.
Pada tahun 2016, BMW memamerkan visi futuristiknya dari sebuah mobil konsep, termasuk pencetakan 4D. Salah satu elemennya adalah penggunaan 4D printing untuk menghasilkan komponen mobil yang dapat beradaptasi dengan perubahan kondisi lingkungan.
Meskipun ini hanya sebuah konsep, dua tahun kemudian produsen mobil bekerja sama dengan lab Self-assembly MIT, mengumumkan pembuatan struktur 4D tiup yang dapat menyesuaikan sendiri berdasarkan perubahan tekanan udara. Terbuat dari silikon, bahan tiup mencerminkan visi desain adaptif BMW.
Salah satu cara struktur 4D dapat digunakan adalah untuk jok mobil, memberikan dukungan dan kenyamanan adaptif — atau bahkan untuk performa benturan dalam bentuk airbag.
Produksi produk konsumen adalah area lain yang dapat ditata ulang dengan pencetakan 4D. Misalnya, teknologi tersebut dapat digunakan untuk membuat perabot flatpack seperti kursi dan meja, yang akan dirakit sendiri saat dipicu.
Setelah dibeli, furnitur cetak 4D akan menyatu dengan sendirinya — menghilangkan kebutuhan untuk membuka kotak dan merakit semua bagian secara manual. Pada akhirnya, ini dapat menghasilkan produk yang membutuhkan lebih sedikit ruang penyimpanan dan memudahkan transportasi.
Pencetakan 4D adalah area menarik yang membuka kemungkinan menarik untuk manufaktur. Kemampuan untuk membuat objek dengan fungsionalitas yang dapat diprogram dapat mengubah cara barang diproduksi.
Namun, penting untuk dicatat bahwa sebagian besar proyek yang dibahas di sini masih dalam tahap penelitian dan eksperimen — dan teknologinya masih jauh sebelum menjadi layak secara komersial untuk bisnis.
Namun, seiring penelitian berlanjut, dampak pencetakan 4D bisa sangat besar, menyentuh aplikasi di berbagai industri.
Pada kenyataannya, dibutuhkan beberapa tahun, atau bahkan mungkin satu dekade atau lebih sebelum kita melihat aplikasi utama pencetakan 4D. Konon, teknologi tersebut tampaknya akan mengikuti evolusi pencetakan 3D untuk menjadi teknologi disruptif berikutnya di bidang manufaktur.
pencetakan 3D
Apa kecepatan pencetakan 3D pengaturan yang akan Anda gunakan untuk mencetak model 3D yang menonjol? Bagaimana jika Anda mengacaukan proyek Anda dengan menggunakan pengaturan kecepatan yang lebih cepat atau lebih lambat? Ini adalah beberapa pertanyaan yang orang miliki ketika memutuskan kecepatan p
Pencetakan 3D, juga manufaktur aditif, bertanggung jawab untuk membuat objek tiga dimensi atau komponen menggunakan model CAD. Ia melakukannya dengan meniru proses biologis, di mana ia menambahkan lapisan bahan saat membuat bagian fisik. Pencetakan 3D membantu menghasilkan bentuk fungsional dengan
Apakah Anda memiliki gambar dalam pikiran yang ingin Anda buat? Pencetakan 3D memberi Anda platform untuk membuat objek dari imajinasi Anda dengan mudah. Baik Anda bekerja di bidang kedokteran, pendidikan, arsitektur, atau bidang lain yang digerakkan oleh teknologi, Pencetakan 3D sering kali berguna
Pencetakan 3D sudah di mulut semua orang dan sebagian besar orang pada umumnya menyadari keuntungan yang dibawanya, baik dalam kehidupan sehari-hari pengguna tertentu maupun pengguna profesional, tetapi yang tidak begitu terkenal adalah bahwa ada mesin yang dapat melengkapi teknologi ini . Dalam hal
