4D-Utskrift: Vänta en sekund, sa du 4D-utskrift?

By Fouad Sabry

Vad är 4D-utskrift

3D-utskrift, en typ av additiv tillverkning, anses vara en av de mest störande uppfinningarna inom modern tillverkning. Det har i grunden förändrat hur komponenter och utrustning tillverkas, såväl som deras design och utveckling, i branschen. 3D-utskrift gör det möjligt för tillverkare och forskare att skapa sofistikerade former och strukturer som tidigare ansågs vara omöjliga att skapa med traditionella produktionsmetoder. Under de senaste tre decennierna har 3D-utskriftstekniken sett ständiga genombrott och har förändrats dramatiskt. Trots sin förmåga att generera sofistikerade, bioinspirerade, multimaterialdesigner är 3D-utskrift ännu inte lämplig för massproduktion.

Tillägget av en fjärde dimension till 3D-utskriftsteknik kallas "4D-utskrift." Med denna nya dimension kan 3D-utskrivna saker ändra form oberoende av miljöstimuli som ljus, värme, elektricitet, magnetfält och så vidare. Tryckta föremål ändrar form dynamiskt beroende på omständigheternas behov och krav genom att införliva tidsdimensionen, utan elektromekaniska eller rörliga delar. Förmågan hos 3D-utskrivna saker att ändra form över tid som reaktion på specifika stimuli är baserad på materialets förmåga att transformeras över tid som svar på specifika stimuli, och det kräver inte mänsklig interaktion för att underlätta processen.

Den växande efterfrågan på flexibla produkter i en mängd olika applikationer, såsom självvikbara förpackningar och anpassningsbara vindturbiner, har stimulerat framväxten av 4D-utskrift.

Hur du kommer att gynnas

(I) Insikter och valideringar om följande ämnen:

Kapitel 1: 4D-utskrift
Kapitel 2: Fyrdimensionell produkt
Kapitel 3: Responsiv arkitektur
Kapitel 4: Responsiv datorstödd design
Kapitel 5: 3D-utskrift< br />Kapitel 6: 3D-modellering
Kapitel 7: 3D-skanning
Kapitel 8: Marknad för 3D-utskrift
Kapitel 9: 3D-bioprintning
Kapitel 10: 3D-matutskrift
Kapitel 11: 3D-tillverkningsformat
Kapitel 12: 3D-utskriftshastighet
Kapitel 13: 3D-system

(II) Att besvara allmänhetens vanligaste frågor om 4D-utskrift.
(III) Verkliga exempel på användningen av 4D-utskrift inom många områden.
(IV) 17 bilagor för att förklara, kortfattat, 266 framväxande teknik i varje bransch för att ha 360-graders full förståelse för 4D-utskriftsteknologier.

Vem är den här boken till

Proffs, grund- och doktorander, entusiaster, hobbyister och de som vill gå längre än grundläggande kunskaper eller information för alla typer av 4D-utskrifter.

• Language: Svenska
• Publisher: En Miljard Kunnig [Swedish]
• Release date: Nov 11, 2021
• ISBN: 6610000317387

Book preview

Vänta lite, sa du 4D-utskrift?

3D-utskrift, en typ av additiv tillverkning, betraktas som en av de mest störande uppfinningarna i modern tillverkning. Det har i grunden förändrat hur komponenter och utrustning tillverkas, liksom deras design och utveckling, i branschen. 3D-utskrift gör det möjligt för tillverkare och forskare att skapa sofistikerade former och strukturer som tidigare ansågs vara omöjliga att skapa med traditionella produktionsmetoder. Under de senaste tre decennierna har 3D-trycktekniken fått ständiga genombrott och har förändrats dramatiskt. Trots sin förmåga att generera sofistikerade, bioinspirerade, multimaterialdesigner är 3D-utskrift ännu inte lämplig för massproduktion.

Tillägget av en fjärde dimension till 3D-utskriftsteknik kallas 4D-utskrift. Med denna nya dimension kan 3D-printade saker ändra form oberoende av miljöstimulanser som ljus, värme, elektricitet, magnetfält och så vidare. Tryckta föremål ändrar form dynamiskt beroende på omständigheternas behov och krav genom att införliva tidens dimension, utan elektromekaniska eller rörliga delar. Förmågan hos 3D-utskrivna saker att ändra form över tid som reaktion på specifika stimuli baseras på materialets förmåga att omvandlas över tid som svar på specifika stimuli, och det kräver inte mänsklig interaktion för att underlätta processen.

Den växande efterfrågan på flexibla produkter i en mängd olika tillämpningar, såsom självvikbara förpackningar och anpassningsbara vindkraftverk, har sporrat ökningen av 4D-utskrifter.

Fouad Sabry är tidigare regional chef för affärsutveckling för applikationer vid Hewlett Packard (HP) för södra Europa, Mellanöstern och Afrika. Fouad har fått sin kandidatexamen i B.Sc datasystem och automatisk kontroll, dubbla magisterexamen, (1) master of business administration (MBA) och (2) master of management in information technology (MMIT), från University of Melbourne (MoU) i Australien. Fouad har mer än 25 års erfarenhet av informations- och kommunikationsteknik (IKT), som arbetar i lokala, regionala och internationella företag, såsom Vodafone och International Business Machines (IBM). För närvarande är Fouad en entreprenör, författare, futurist, fokuserad på Emerging Technologies och Industry Solutions och grundare av One Billion Knowledgeable (1BK) community.

4D-utskrift

Andra böcker av Författaren

1 – Smarta maskiner

2 – Gränssnitt för hjärndatorn

3 – Swarm Intelligens

4 – Självkörande fordon

5 – Autonoma drönare

6 – Autonom robotteknik

7 – Autonoma vapen

8 – Robotteknik inom jordbruket

9 – Slutna ekologiska system

10 – Odlat kött

11 – Vertikalt jordbruk

12 – Plasmaframdrivning

13 – Puls detonationsmotor

14 – Arkeologi

15 – 4D-utskrift

Serie av Författaren

Ny teknik inom informationsteknik

1 – Smarta maskiner

Ny teknik inom neurovetenskap

1 – Gränssnitt för hjärndatorn

Ny teknik inom robotteknik

1 – Swarm Intelligens

Ny teknik i autonoma saker

1 – Självkörande fordon

2 – Autonoma drönare

3 – Autonom robotteknik

4 – Autonoma vapen

Ny teknik inom jordbruket

1 – Robotteknik inom jordbruket

2 – Slutna ekologiska system

3 – Odlat kött

4 – Vertikalt jordbruk

Ny teknik i rymden

1 – Plasmaframdrivning

2 – Puls detonationsmotor

Ny teknik inom byggsektorn

1 – Arkeologi

2 – 4D-utskrift

En miljard kunniga

4D-utskrift

Vänta lite, sa du 4D-utskrift?

Fouad Sabry

Upphovsrätt

4D-© 2021 av Fouad Sabry. Alla rättigheter reserverade.

Alla rättigheter förbehållna. Ingen del av denna bok får reproduceras i någon form eller på något elektroniskt eller mekaniskt sätt, inklusive informationslagrings- och hämtningssystem, utan skriftligt tillstånd från författaren. Det enda undantaget är av en granskare, som kan citera korta utdrag i en recension.

Omslag designat av Fouad Sabry.

Den här boken är ett skönlitterärt verk. Namn, karaktärer, platser och incidenter är antingen produkter av författarens fantasi eller används fiktivt. Alla likheter med faktiska personer, levande eller döda, händelser eller språk är helt slumpmässiga.

Bonus

Du kan skicka ett e-postmeddelande till [e-mail] med ämnesraden 4D-utskrift: Vänta en sekund, Sa du 4D-utskrift?, och du får ett e-postmeddelande som innehåller de första kapitlen i den här boken.

Fouad Sabry

Besök 1BK:s hemsida på

www.1BKOfficial.org

Förord

Varför skrev jag den här boken?

Historien om att skriva den här boken började 1989, när jag var elev på gymnasiet för avancerade studenter.

Det är anmärkningsvärt som STEM -skolorna (vetenskap, teknik, ingenjörsvetenskap och matematik), som nu finns tillgängliga i många avancerade länder.

STEM är en läroplan baserad på idén att utbilda studenter inom fyra specifika discipliner – vetenskap, teknik, ingenjörsvetenskap och matematik – i ett tvärvetenskapligt och tillämpat tillvägagångssätt. Denna term används vanligtvis för att ta itu med en utbildningspolicy eller ett läroplansval i skolorna. Det får konsekvenser för arbetskraftens utveckling, nationella säkerhetsfrågor och invandringspolitiken.

Det fanns en veckokurs i biblioteket, där varje elev är fri att välja vilken bok som helst och läsa i 1 timme. Klassens mål är att uppmuntra eleverna att läsa andra ämnen än läroplanen.

I biblioteket, medan jag tittade på böckerna på hyllorna, märkte jag enorma böcker, totalt 5 000 sidor i 5 delar. Boknamnet är Teknikens encyklopedi, som beskriver allt omkring oss, from absolut noll till halvledare, nästan varje teknik, på den tiden förklarades med färgglada illustrationer och enkla ord. Jag började läsa uppslagsverket, och naturligtvis kunde jag inte avsluta det i 1-timmars veckoklassen.

Så jag övertalade min far att köpa uppslagsverket. Min far köpte alla tekniska verktyg till mig i början av mitt liv, den första datorn och den första teknikens uppslagsverk, och båda har en stor inverkan på mig själv och min karriär.

Jag har avslutat hela uppslagsverket under samma sommarsemester i år, och sedan började jag se hur universum fungerar och hur man tillämpar den kunskapen på vardagliga problem.

Min passion för tekniken började mor än 30 år sedan och fortfarande fortsätter resan.

Denna bok är en del av The Encyclopedia of Emerging Technologies som är mitt försök att ge läsarna samma fantastiska upplevelse som jag hade när jag gick i gymnasiet, men istället för 1900-talets teknik är jag mer intresserad av 2000-talets framväxande teknik, applikationer och branschlösningar.

Encyklopedin av framväxande teknik kommer att bestå av 365 böcker, varje bok kommer att fokuseras på en enda framväxande teknik. Du kan läsa listan över nya tekniker och deras kategorisering efter bransch i delen av Coming Soon, i slutet av boken.

365 böcker för att ge läsarna chansen att öka sina kunskaper om en enda framväxande teknik varje dag inom loppet av ett år.

Införandet

Hur skrev jag den här boken?

I varje bok i The Encyclopedia of Emerging Technologies försöker jag få omedelbara, råa sökinsikter, direkt från folkets sinnen, som försöker svara på deras frågor om den framväxande tekniken.

Det finns 3 miljarder Google-sökningar varje dag, och 20% av dem har aldrig setts tidigare. De är som en direkt linje till människornas tankar.

Ibland är det Hur tar jag bort papperssylt. Andra gånger är det de skiftande rädslorna och hemliga hankerings de bara skulle våga dela med Google.

I min strävan att upptäcka en outnyttjad guldgruva av innehållsidéer om 4D-utskrift använder jag många verktyg för att lyssna på autocomplete-data från sökmotorer som Google, och sedan snabbt vevar ut varje användbar fras och fråga, folket frågar runt nyckelordet 4D Printing.

Det är en guldgruva av människors insikt, jag kan använda för att skapa nytt, ultra användbart innehåll, produkter och tjänster. De snälla människorna, som du, vill verkligen.

Personsökningar är det viktigaste datasetet som någonsin samlats in på det mänskliga psyket. Därför är den här boken en levande produkt, och ständigt uppdaterad av fler och fler svar på nya frågor om 4D Printing, som ställs av människor, precis som du och jag, undrar över denna nya framväxande teknik och vill veta mer om den.

Tillvägagångssättet för att skriva den här boken är att få en djupare nivå av förståelse för hur människor söker runt 4D Printing, avslöjar frågor och frågor som jag inte nödvändigtvis skulle tänka på toppen av mitt huvud och svarar på dessa frågor i superlätta och lättsmälta ord och att navigera boken på ett enkelt sätt.

Så när det gäller att skriva den här boken har jag sett till att den är så optimerad och riktad som möjligt. Detta boksyfte hjälper människor att ytterligare förstå och växa sin kunskap om 4D-utskrift. Jag försöker besvara människors frågor så nära som möjligt och visa mycket mer.

Det är ett fantastiskt och vackert sätt att utforska frågor och problem som folken har och besvarar dem direkt, och lägga till insikt, validering och kreativitet till bokens innehåll – även platser och förslag. Boken avslöjar rika, mindre trånga och ibland överraskande forskningsområden som jag annars inte skulle nå. Det råder ingen tvekan om att det förväntas öka kunskapen om de potentiella läsarnas sinnen, efter att ha läst boken med detta tillvägagångssätt.

Jag har tillämpat ett unikt tillvägagångssätt för att göra innehållet i denna bok alltid färskt. Detta tillvägagångssätt beror på att lyssna på människornas sinnen genom att använda söklyssningsverktygen. Detta tillvägagångssätt hjälpte mig att:

Möt läsarna exakt där de är, så att jag kan skapa relevant innehåll som slår ett ackord och driver mer förståelse för ämnet.

Håll fingret stadigt på pulsen, så att jag kan få uppdateringar när människor pratar om denna framväxande teknik på nya sätt och övervaka trender över tid.

Upptäck dolda skatter av frågor behöver svar om den framväxande tekniken för att upptäcka oväntade insikter och dolda nischer som ökar innehållets relevans och ger det en vinnande fördel.

Sluta slösa tid på gutfeel och gissningar om innehållet som läsarna vill ha och fyll bokinnehållet med vad folket behöver och säg adjö till de oändliga innehållsidéerna baserade på spekulationer.

Fatta solida beslut och ta färre risker för att få första parkett till vad folk vill läsa och vill veta – i realtid – och använda sökdata för att fatta djärva beslut, om vilka ämnen som ska inkluderas och vilka ämnen som ska uteslutas.

Effektivisera min innehållsproduktion för att identifiera innehållsidéer utan att manuellt behöva söka igenom enskilda åsikter för att spara dagar och till och med veckor av tid.

Det är underbart att hjälpa människor att öka sin kunskap på ett enkelt sätt genom att bara svara på deras frågor.

Jag tror att skrivsättet för den här boken är unikt när den sammanställs och spårar de viktiga frågor som läsarna ställer på sökmotorer.

Erkännanden

Att skriva en bok är svårare än jag trodde och mer givande än jag någonsin kunde föreställa mig. Inget av detta skulle ha varit möjligt utan det arbete som slutförts av prestigefyllda forskare, och jag vill erkänna deras ansträngningar att öka allmänhetens kunskap om denna framväxande teknik.

Hängivenhet

För de upplysta, de som ser saker annorlunda och vill att världen ska bli bättre - de är inte förtjusta i status quo eller den befintliga staten. Du kan inte hålla med dem för mycket, och du kan argumentera med dem ännu mer, men du kan inte ignorera dem, och du kan inte underskatta dem, eftersom de alltid förändrar saker ... De driver mänskligheten framåt, och även om vissa kan se dem som de galna eller amatörer, ser andra genier och innovatörer, eftersom de som är upplysta nog att tro att de kan förändra världen, är de som gör det och leder folket till upplysningen.

Epigraf

Definition: 4-dimensionell utskrift använder samma tekniker för 3D-utskrift genom datorprogrammerad deponering av material i på varandra följande lager för att skapa ett tredimensionellt objekt.

Betydelse: Den mest uppenbara fördelen med 4D-utskrift är att genom beräkningsvikning kan objekt som är större än skrivare skrivas ut som endast en del. Eftersom de 4D-utskrivna objekten kan ändra form, kan krympa och veckla ut, kan objekt som är för stora för att passa en skrivare komprimeras för 3D-utskrift till sin sekundära form.

Material: 4D-tryckteknik använder material som minnespolymerer i enkelform, flytande kristallalastomer, komposithydel, kompositer, multimaterial och annat multifunktionellt material på grund av deras termomekaniska egenskaper och andra materialegenskaper.

Grundare: Förfadern till denna framväxande teknik är datavetaren Skylar Tibbits, grundare och co-director för Self-Assembly Lab vid Massachusetts Institute of Technology (MIT). Ursprunget till 4D-utskrift är i införandet av en tidsfaktor för 3D-utskrift.

Vetenskap: 4D-utskrift avser i huvudsak 3D-tryckta objekts förmåga att ändra sin form med tiden orsakad av antingen värme eller vatten medan reversibilitetsaspekten av den gör det möjligt för den att återgå till sin ursprungliga form.

Innehållsförteckning

4D-utskrift

Andra böcker av Författaren

Serie av Författaren

4D-utskrift

Upphovsrätt

Bonus

Förord

Införandet

Erkännanden

Hängivenhet

Epigraf

Innehållsförteckning

Kapitel 1: 4D-utskrift

Kapitel 2: Fyrdimensionell produkt

Kapitel 3: Responsiv arkitektur

Kapitel 4: Responsiv datorstödd design

Kapitel 5: 3D-utskrift

Kapitel 6: 3D-modellering

Kapitel 7: 3D-skanning

Kapitel 8: Marknadsplats för 3D-utskrift

Kapitel 9: 3D-bioprinting

Kapitel 10: 3D-mattryck

Kapitel 11: 3D-tillverkningsformat

Kapitel 12: 3D-utskriftshastighet

Kapitel 13: 3D-system

Epilog

Om författaren

Kommer snart

Tillägg: Ny teknik i varje bransch

Kapitel 1: 4D Utskrift

-dimensionell utskrift (4D-utskrift; även känd som 4D-bioprinting, aktiv origami eller formmorfsystem) använder samma processer som 3D-utskrift för att bygga ett tredimensionellt objekt genom datorprogrammerad deposition av material i på varandra följande lager. Vid 4D-utskrift kan dock den slutliga 3D-formen omvandlas till olika former som svar på yttre stimuli, där den fjärde dimensionen är den tidsberoende formändringen efter utskrift. Det är således en typ av programmerbar materia där den tryckta produkten efter tillverkning reagerar med miljöförhållanden (fuktighet, temperatur, spänning etc.) och ändrar form i enlighet därmed.

Utskriftstekniker

Stereolitografi är en 3D-utskriftsprocess som använder fotopolymerisering för att länka lager av substrat för att bilda ett polymeriskt nätverk. I motsats till smält nedfallsmodellering, där det extruderade materialet härdar omedelbart för att bilda lager, baseras 4D-utskrift främst på stereolitografi, där ultraviolett ljus vanligtvis används för att härda de staplade materialen efter att utskriftsprocessen är klar. Anisotropi är avgörande för att konstruera riktningen och mängden omvandlingar under en specifik situation genom att organisera mikromaterialen på ett sådant sätt att sluttrycket har inbäddad riktning.

Fiberarkitektur

A picture containing blur Description automatically generated

Tibbits et al. tryckte en kompositpolymer som reagerar när den är nedsänkt under vattnet.

Majoriteten av 4D-utskriftstekniken förlitar sig på ett nätverk av fibrer med olika storlekar och materialkvaliteter. 4D-utskrivna komponenter kan utformas på både makro- och mikrovågar. Komplexa molekylära/fibersimuleringar som approximerar de aggregerade materialegenskaperna hos alla material som används i provet används för att uppnå mikroskaladesign. Deformationsformen vid aktivering av stimulans är direkt relaterad till storleken, formen, modulen och anslutningsmönstret för dessa materialbyggnadsdelar.

Hydroreaktiva polymerer/hydrogeler

Skylar Tibbits, chef för MIT:s självmonteringslabb, samarbetade med Stratasys Materials Group för att skapa en kompositpolymer som består av extremt hydrofila delar och icke-aktiva, mycket styva material. De distinkta egenskaperna hos dessa två olika material möjlige upp till 150 procent svullnad av vissa regioner i den tryckta kedjan i vatten, medan de styva elementen etablerade strukturella och vinkelbegränsningar för den förändrade kedjan. De skapade en kedja som förvandlades till en trådramkub när den var nedsänkt i vatten och en annan kedja som stavade MIT när den var nedsänkt i vatten.

Cellulosakompositer

undersökte möjligheten till ett cellulosabaserat material som kunde vara fuktigt responsivt. De skapade en bilayerfilm genom att använda cellulosasteraroylestrar med varierande grad av substitution på vardera sidan. En ester var mycket hydrofil med en substitutionsgrad på 0,3, medan den andra var mycket hydrofobisk med en substitutionsgrad på 3. Den hydrofoba sidan trängdes fast och den hydrofila sidan expanderade när provet kyldes från 50 °C