معرفی مواد هوشمند حافظه دار ساخته‌شده با نانوفناوری و چاپگرهای چهاربعدی
محورهای موضوعی : پلیمرها و چاپ سه بعدی
محمد آزادی
1
(دانشگاه سمنان)
مهناز فرخ پور
2
(دانشگاه سمنان)
کلید واژه: تولید افزایشی, چاپگر چهاربعدی, نانوفناوری, مواد هوشمند, مواد حافظه دار,
چکیده مقاله :
در این مقاله مروری، به چاپگرهای چهاربعدی بر اساس فرایند تولید افزایشی با تأکید بر نانوفناوری پرداخته شده است. امروزه چاپ مواد برای ساختارهای پیچیده سه‌بعدی، مورد استفاده قرار می¬گیرد اما به‌عنوان فناوری جدیدتر و پیشرفته¬تر، از فناوری چاپ چهاربعدی در ایجاد مواد هوشمند در نظر گرفته میشود. بنابراین پس از معرفی انواع روش¬های چهاربعدی، چاپ در مقیاس نانو و چاپ نانوکامپوزیت‌ها نیز بررسی می¬شود. همچنین در این مطالعه، به کاربردهای چاپ چهاربعدی با تأکید بر نانوفناوری، به‌منظور تولید مواد هوشمند حافظه¬دار اشاره شده است.
-
1. Quanjina M., Rejaba M., Idrisa M. S., Kumar N.M., Abdullaha M. H., Reddy G.R., Recent 3D and 4D Intelligent Printing Technologies: A Comparative Review and Future Perspective, Procedia Computer Science, 167, 1210–1219, 2020,
2. Mitchell A., Lafont U., Hołynska M., Semprimoschnig C., Additive Manufacturing - A Review of 4D Printing and Future Applications, Additive Manufacturing, 24, 606–626, 2018,
3. Joshi S., Rawat K., Karunakaran C., Rajamohan V., Mathew T., Koziol K., Thakur T., Balan A.S.S, 4D Printing of Materials for the Future: Opportunities and Challenges, Applied Materials Today, 18, 100490, 2020.
4. Pinho A.C., Buga C.S., Piedade A.P., The Chemistry Behind 4D Printing, Applied Materials Today, 19, 100611, 2020.
5. Deshmukh K, Houkan M.T, Mariam AlMaadeed A, Sadasivuni K, 3D and 4D Printing of Polymer Nanocomposite Materials - Chapter 1: Introduction to 3D and 4D Printing Technology: State of the Art and Recent Trends, Elsevier Inc. 2020.
6. Melchels F.P.W., Feijen J., Grijpma D.W., A Review on Stereolithography and Its
Applications in Biomedical Engineering, Biomaterials, 31, 6121–6130, 2010.
7. Chia H.N., Wu B.M., Recent Advances in 3D Printing of Biomaterials, Journal of Biological Engineering. 9, 4, 2015.
8. Yuan S., Shen F., Chua C.K., Zhou K., Polymeric Composites for Powder-based
Additive Manufacturing: Materials and Applications, Progress in Polymer Science, 91, 141–168, 2019.
9. Tian X., Jin J., Yuan S., Chua C.K., Tor S.B., Zhou K., Emerging 3D-printed Electrochemical Energy Storage Devices: A critical Review, Advanced Energy Materials, 7, 1700127, 2017.
10. Cummins G., Desmulliez M.P.Y., Inkjet Printing of Conductive Materials: A Review,
Circuit World, 38, 193–213, 2012.
11. C L., Toit D., Choonara Y.E., Kumar P., Pillay V., 4D Printing and Beyond: Where to from here, Advanced 3D-Printed Systems and Nanosystems for Drug Delivery and Tissue Engineering, 139–157, 2020.
12. Javaid M., Haleem A., Significant Advancements of 4D Printing in the Field of Orthopaedics, Journal of Clinical Orthopaedics and Trauma, 11, 4, 485–490, 2020.
13. Alshahrani H., Review of 4D Printing Materials and Reinforced Composites: Behaviors, Applications and Challenges, Journal of Science: Advanced Materials and Devices, 6, 167–185, 2021.
14. Yuan Siang L., Wan Ting S., Lay Poh T., Yunlong W., Yuekun L., Huaqiong L., 4D Printing and Stimuli-responsive Materials in Biomedical Applications, Acta Biomaterialia, 92, 19–36, 2019.
15. Gladman A.S., Matsumoto E.A., Nuzzo R.G., Mahadevan L., Lewis J.A., Biomimetic 4D Printing, Nature Material, 15, 413–418, 2016.
16. Tibbits S., Design to self-assembly, Architectural Design, 82, 68–73, 2012.
17. Tibbits S., 4D Printing: Multi-material Shape Change, Architectural Design, 84, 116–121, 2014.
18. Ryan K., Down M., Banks C., Future of Additive Manufacturing: Overview of 4D and 3D Printed Smart and Advanced Materials and Their Applications, Chemical Engineering Journal, (20)32290-7, 1385–8947, 2020.
19. Falahati M., Ahmadvand P., Safaee S., Chang Y., Lyu Z., Chen R., Li L., Lin Y., Smart Polymers and Nanocomposites for 3D and 4D Printing, Materials Today, 40, 215–245, 2020.
20. Somolinos C.S., 4D Printing: An Enabling Technology for Soft Robotics, Mechanically Responsive Materials for Soft Robotics, 2020.
21. Pei, E., Loh, G.H. Technological Considerations for 4D Printing: An Overview, Progress in Additive Manufacturing, 3, 95–107, 2018.
22. Kumar R., Singh R., Singh M., Kumar P., On ZnO nano Particle Reinforced PVDF Composite Materials for 3D Printing of Biomedical Sensors, Journal of Manufacturing Processes, 60, 268–282, 2020.
23. Hansen C.J., 3D and 4D Printing of Nanomaterials - Chapter 2: Processing Considerations for Reliable Printed Nanocomposites, Elsevier Inc. 2020.
24. Compton B.G., Hmeidat N.S., Pack R.C., Heres M.F., Sangoro J.R., Electrical and Mechanical Properties of 3D-printed Graphene-reinforced Epoxy, JOM, 70, 292–297, 2018.
25. De Leon A.C., Chen Q., Palaganas N.B., Palaganas J.O., Manapat J., Advincula R.C., High Performance Polymer Nanocomposites for Additive Manufacturing Applications, Reactive and Functional Polymers, 103, 141–155, 2016.
26. Choi H.W., Zhou T., Singh M., Jabbour G.E., Recent Developments and Directions in Printed Nanomaterials, Nanoscale, 7, 3338–3355, 2015.
27. Zhou X., Liu C.J., Three-dimensional Printing for Catalytic Applications: Current Status and Perspectives, Advanced Functional Materials, 27, 1701134, 2017.
28. Rayatea A., Jain P.K., A Review on 4D printing material composites and their applications, Materials Today: Proceedings, 5, 20474–20484, 2018.
29. Momeni F., Hassani M.N, Liu X., Ni J., A Review of 4D Printing, Materials and Design, 122, 42–79, 2017.
30. Bogers M., Hadar R., Bilberg A., Additive Manufacturing for Consumer-centric Business Models: Implications for Supply Chains in Consumer Goods Manufacturing, Technological Forecasting and Social Change, 102, 225–239, 2016.
31. Conner B.P., Manogharan, G.P., Martof A.N., Rodomsky L.M., Rodomsky C.M., Jordan, D.C., Limperos J.W., Making Sense of 3-D printing: Creating a Map of Additive Manufacturing Products and Services, Additive Manufacturing, 1, 64–76, 2014.
32. Jacobsen M., Clearing the Way for Pivotal 21st-Century Innovation, in Giftedness and Talent in the 21st Century: Springer, 163–179, 2016.
33. Hawkes E., An B., Benbernou N.M., Tanaka H., Kim S., Demaine E.D., Rus D., Wood R.J., Programmable Matter by Folding, Proceedings of the National Academy of Sciences, 107, 12441–12445, 2010.
34. Rastogi P., Kandasubramanian B., Breakthrough in the Printing Tactics for Stimuli-Responsive Materials: 4D Printing, Chemical Engineering Journal, 366, 264–304, 2019.
35. Khatri B., Lappe K., Habedank M., Mueller T., Megnin C., Hanemann T. Fused Deposition Modeling of Abs-barium Titanate Composites: A Simple Route Towards Tailored Dielectric Devices, Polymers, 10, 666, 2018.
36. Olakanmi E.O., Cochrane R., Dalgarno K., A Review on Selective Laser Sintering/melting (SLS/SLM) of Aluminium Alloy Powders: Processing, Microstructure, and Properties, Progress in Materials Science, 74, 401–477, 2015.
37. Liu, Y., Y. Yang, Wang D., A study on the Residual Stress During Selective Laser Melting (SLM) of Metallic Powder, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 87, 647–656, 2016.
38. Song X., Chen Y., Lee T. W., Wu S., Cheng L. Ceramic Fabrication Using Mask-image-Projection-based Stereolithography Integrated with Tape-casting, Journal of Manufacturing Processes 20, 456–464, 2015.
39. Ge L., Dong L., Wang D., Ge Q., Gu, G., A Digital Light Processing 3D Printer for Fast and High-precision Fabrication of Soft Pneumatic Actuators, Sensors and Actuators A: Physical, 273, 285–292, 2018.
40. Lewis J.A., Direct Ink Writing of 3D Functional Materials, Advanced Functional Materials 16 (17), 2193–2204, 2006.
41. Sochol R.D., Sweet E., Glick C.C., Venkatesh S., Avetisyan A., Ekman K.F., Raulinaitis A., Tsai A., Wienkers A., Korner K., Hanson K., Long A., Hightower B.J., Slatton G., Burnett D.C., Massey T.L., Iwai K., Lee L.P., Pisterbi K.S.J., Lin L., 3D Printed Micro-fluid-circuitry via Multi-jet-based Additive Manufacturing, Lab on a Chip, 16, 668–678, 2016.
42. Zhou Y., Huang W.M., Kang S.F., Wu X.L., Lu H.B., Fu J., Cui H., From 3D to 4D printing: Approaches and Typical Applications, Journal of Mechanical Science and Technology, 29, 4281–4288, 2015.
43. Zhang Z., Demir K.G., Gu G.X., Developments in 4D-printing: A Review on Current Smart Materials, Technologies, and Applications, International Journal of Smart and Nano Materials 1–20, 2019.
44. Zhang Q., Yan D., Zhang K., Hu, G. Pattern Transformation of heat-shrinkable Polymer by Three-dimensional (3D) Printing Technology, Scientific reports 5, 8936, 2015.
45. Miao S., Cui H., Nowicki M., Xia L., Zhou X., Lee S. J., Zhu W., Sarkar K., Zhang Z., Zhang L. G., Stereolithographic 4D Bioprinting of Multi Responsive Architectures for Neural Engineering, Advanced Biosystems, 2, 1800101, 2018.
46. Dadbakhsh S., Speirs M., Kruth J. P., Schrooten J., Luyten J., Van Humbeeck J., Effect of SLM Parameters on Transformation Temperatures of Shape Memory Nickel-titanium Parts, Advanced Engineering Materials, 16, 1140–1146, 2014.
47. Kim K., Zhu W., Qu X., Aaronson C., McCall W.R., Chen S., Sirbuly D.J., 3D Optical Printing of Piezoelectric Nanoparticle– polymer Composite Materials, ACS Nano, 8, 9799–9806, 2014.
48. Meier, H., Haberland, C., Frenzel, J., Zarnetta, R., Selective Laser Melting of NiTi Shape Memory Components, Innovative Developments in Design and Manufacturing: CRC Press, 251–256, 2009.
49. Momeni F., Ni J., Laws of 4D Printing, Engineering, 6, 9, 1035–1055, 2020.
50. Khoo Z. X., Teoh J.E.M., Liu Y., Chua C. K., Yang S., An J., Leon K., Yeong W.Y., 3D printing of smart materials: A Review on Recent Progresses in 4D Printing, Virtual and Physical Prototyping, 10, 103–122, 2015.
51. Choi J., Kwon O.C., Jo W., Lee H.J., Moon M.W., 4D Printing Technology: A Review, 3D Printing and Additive Manufacturing, 2, 159–167, 2015.
52. Gurung D., Technological Comparison of 3D and 4D Printing, Arcada University, 2017.
53. Sirringhaus H., Shimoda T., Inkjet Printing of Functional Materials, MRS Bulletin, 28, 802–806, 2003.
54. Wang X., Guo Q., Cai X., Zhou S., Kobe B., Yang J, Initiator-integrated 3D Printing Enables the Formation of Complex Metallic Architectures, ACS Applied Materials and Interfaces, 6, 2583–2587, 2013.
55. Shin M., Hoon Song K., Burrell J., Cullen D. Burdick J., Injectable and Conductive Granular Hydrogels for 3D Printing and Electroactive Tissue Support, Advanced Science, 6, 1901229, 2019.
56. Agarwala S, Goh G.L., Goh G.D., Dikshit V., Yeong W.Y., 3D and 4D Printing of Polymer/CNTs-based Conductive Composites - Chapter 10: Fabrication of 3D and 4D Polymer Micro- and Nano-structures Based on Electrospinning, Elsevier Inc., 2020.
57. Radacsi N, Nuansing W, 3D and 4D Printing of Polymer/CNTs-based Conductive Composites - Chapter 7: 3D and 4D Printing of Polymer/CNTs-based Conductive Composites, Elsevier Inc., 2020.
58. Chen A., Yin R., Cao L., Yuan C., Ding H.K., Zhang W.J., Soft robotics: Definition and Research Issues, in: 24th Int. Conf. Mechatronics Mach. Vis. Pract., 366–369, 2017.
معرفی مواد هوشمند حافظهدار ساخته‌شده با نانوفناوری و چاپگرهای چهاربعدی
مهرناز فرخ پور، محمد آزادی1
سمنان، دانشگاه سمنان، دانشکده مهندسی مکانیک
چکیده
در این مقاله مروری، به چاپگرهای چهاربعدی بر اساس فرایند تولید افزایشی با تأکید بر نانوفناوری پرداخته شده است. امروزه چاپ مواد برای ساختارهای پیچیده سه‌بعدی، مورد استفاده قرار میگیرد اما به‌عنوان فناوری جدیدتر و پیشرفتهتر، از فناوری چاپ چهاربعدی در ایجاد مواد هوشمند در نظر گرفته میشود. بنابراین پس از معرفی انواع روشهای چهاربعدی، چاپ در مقیاس نانو و چاپ نانوکامپوزیت‌ها نیز بررسی میشود. همچنین در این مطالعه، به کاربردهای چاپ چهاربعدی با تأکید بر نانوفناوری، به‌منظور تولید مواد هوشمند حافظهدار اشاره شده است.
کلمات کلیدی: تولید افزایشی، چاپگر چهاربعدی، نانوفناوری، مواد هوشمند، مواد حافظهدار
1 مقدمه
امروزه، فناوری‌های ساخت، نقش حیاتی در رشد اقتصادی، کاربردهای صنعتی و پیشرفت‌های علمی دارند [1]. فناوری فرایند تولید افزایشی، ابتدا توسط چارلز هال (Charles Hall) در سال 1983 میلادی معرفی شد [1، 2]. روش تولید افزایشی شامل افزوده شدن ماده به صورت لایه به لایه برای ایجاد شکل مورد نظر است [3]. طی چند دهه اخیر، روشهای تولید افزایشی به‌دلیل توانایی در ساخت سریع هندسه‌های پیچیده، تنوع مواد قابل‌استفاده و هدررفت کم نسبت به روشهای قدیمی ساخت مورد توجه قرار گرفته است [3، 4]. به‌طور کلی، تولید افزایشی با استفاده از تجهیزات ساده می‌تواند اشکال پیچیده را با دورریز کمتر تولید کند که این امر باعث صرفه‌جویی چشمگیر در مصرف ماده و افزایش انعطاف در طراحی میشود [5]. از جمله روشهای تولید افزایشی می‌توان به استریولیتوگرافی (SLA: Stereolithography) [6]، مدلسازی لایه‌ای مذاب (FDM: Fused Deposition Modeling) [7]، نمونه‌سازي سريع با پخت لیزری انتخابی (SLS: Selective laser sintering)[8]، نوشتن با جوهر مستقیم (DIW: Direct Ink Writing) [9] و چاپ جوهرافشان (Ink-jet Printing) [10] اشاره کرد. انواع سازوکار تغذیه در چاپ شامل اکستروژن ماده (Material Extrusion)، پلیمری شدن (Vat Photopolymerization)، ورق‌چینی لایه‌ای (Sheet Lamination)، ماده‌پرانی (Material Jetting)، پیونده‌پرانی (Binder Jetting)، جوش بستر پودری (PBF: Powder Bed Fusion) و نشست‌دهی با انرژی مستقیم (DED: Direct Energy Deposition) است [11].
مفهوم چاپ چهاربعدی نخستین بار توسط اسکایلر تیبیتس (Skylar Tibbits) در سال 2013 مطرح شد. در حالی که در 30 سال گذشته فناوری چاپ در فرایند تولید افزایشی محبوب بوده است، اخیراً پیشرفت جدیدی در تولید افزایشی که شامل ساخت اجسام با قابلیت تغییر شکل پس از چاپ است، مورد توجه قرار گرفته است. به نوعی، بعد چهارم در چاپ چهاربعدی زمان است؛ به نحوی که خواص، شکل و یا کاربرد جسم چاپ‌شده در طی زمان می‌تواند تغییر کند. این تغییرات می‌تواند در پاسخ به محرک‌های محیطی نظیر حرارت، نور، رطوبت، غلظت اسید (pH)، اشعه فرابنفش، میدان مغناطیسی، نیرو و غیره رخ دهد. در شکل 1 دو نمونه چاپ چهاربعدی‌شده حساس به آب آورده شده است. تغییر شکل اجسام چهاربعدی، می‌تواند به شکل پیچیده شدن (Twisting)، خمیده شدن (Bending)، جمع شدن (Shrinking) و گسترده شدن (Spreading) باشد [5، 12- 17]. در شکل 2 یک نمونه گیره حساس به دما با سازوکار جمع شدن و گسترده شدن نشان داده شده است.
(الف) (ب)
شکل (1) تغییر شکل در محیط آبی طی زمان: الف) از دوبعدی به سه‌بعدی، ب) از یک‌بعدی به سه‌بعدی [1]
عموماً از مواد هوشمند (Smart Materials) در چاپ چهاربعدی استفاده میشود. مواد هوشمند برای تغییر شکل نیازمند به تغییرات محیطی مانند گرما و رطوبت هستند. هرچند از مواد عمومی (General Materials) نیز می‌توان برای استفاده در فرایند چاپ چهاربعدی استفاده کرد. مواد عمومی تحت تنش‌های از پیش تعیین شده، تغییر شکل به‌خصوصی می‌دهند. این تغییر شکل در حین فرایند چاپ با توجه به واکنش‌های شیمیایی و انتشار رزین (Resin Diffusion) در بین لایه‌ها برنامه‌ریزی میشود. بنابراین، مواد عمومی با کمک تغییر شکل کنترل شده در مکان‌های متفاوت تحت تنش‌های مهندسی شده می‌توانند جایگزین استفاده از مواد هوشمند در چاپ چهاربعدی شوند [18].
شکل (2) تغییر شکل گیره در برابر دما
فناوری‌های مورد استفاده در چاپ چهاربعدی همانند فناوری‌های چاپ سه‌بعدی است درحالی که بعد چهارم مربوط به طبیعت مواد مورد استفاده در چاپ است. برای مثال جوهرهای قابل استفاده در چاپ چهاربعدی معمولاً شامل مونومرها (Monomers)، مواد آغازگر (Initiators)، پرکننده‌ها (Fillers) و مواد اتصال‌دهنده (Blinders) هستند. لازم است ترکیبات هر کدام از جوهرها خواص شیمیایی و مکانیکی مورد نیاز در چاپ افزایشی از قبیل حساسیت حرارتی، زاویه تماس و محدودیت های کشش سطحی را دارا باشد [18]. در شکل 3 کاربردهای رایج چاپ چهاربعدی آورده شده است.
شکل (3) کاربردهای چاپ چهاربعدی در صنعت [19- 21]
در صنعت تولید افزایشی، پلیمرها مواد اساسی هستند. افزودن نانوذرات تقویت‌کننده به ساختار پلیمر باعث بهبود خواص فیزیکی، افزایش سختی، استحکام، خواص کششی و خواص برخورد این مواد میشود [22، 23]. به‌طور کلی نانوکامپوزیت‌ها به‌عنوان مواد جامدی که از ترکیب دو یا چند فاز متفاوت تشکیل شده‌اند که حداقل یکی از این فازها طول برابر 100 نانومتر یا کمتر از آن داشته باشند [23]. وجود یک فاز با ابعاد نانو در ساختار نانوکامپوزیت‌ها باعث بهبود خواص مکانیکی [24]، حرارتی [25]، الکتریکی [26] و شیمیایی [27] میشود. امروزه پیشرفت‌های فناوری چاپ غالباً بر روی مواردی همچون بهبود سامانه‌های چاپ با توانایی چاپ مواد جدید، افزایش سرعت چاپ و بهبود ابزار چاپگر و دستیابی به ابعاد نانو و میکرو در چاپ متمرکز شده است [5].
در یک مطالعه مروری کوانجین و همکاران مهم‌ترین پیشرفت‌های اخیر در حوزه چاپ چهاربعدی از جمله ویژگی‌ها و آخرین دستاوردها در این زمینه را بررسی کردند. در ادامه به کمک روش تجزیه و تحلیل نقاط قوت، نقاط ضعف، فرصت‌ها و محدودیت‌ها (Strengths, Weaknesses, Opportunities, and Threats Analyze Method: SWOT) تجزیه و تحلیل مقایسه‌ای و سطح‌بندی که شامل بررسی روشهای پردازش، مواد، هزینه تجهیزات و نیازهای بازار میشود را انجام دادند. همچنین کاربردهای چاپ چهاربعدی و مسیر رشد در آینده را بررسی کردند که نشان داد فناوری چاپ چهاربعدی می‌تواند در کاربردهای متفاوتی نظیر پزشکی و درمان، رباتیک و مهندسی در آینده مورد استفاده قرار گیرد [1].
رایاته و جین (Rayate and jain) در مطالعه‌ای مروری، مواد پیشرفته کامپوزیتی مورد استفاده در چاپ چهاربعدی و کاربرد آن‌ها را بررسی و از لحاظ ترکیب ماده، نوع محرک، فرایند تولید افزایشی و کاربرد، دسته‌بندی کردند (شکل 11) [28].
در مطالعه مروری دیگری، مومنی و همکاران بررسی جامعی از روند چاپ چهاربعدی ارائه می‌دهند و مفاهیم عملی و ابزارهای مرتبط را که در این زمینه نقش برجسته ای دارند خلاصه کردند. همچنین در این پژوهش جنبه‌های جدید و کمتر بررسی شده چاپ چهاربعدی نیز برای تحقیقات آینده مورد مطالعه و سازماندهی قرار گرفته است. همچنین بیان کردند چاپ چهاربعدی سه ویژگی خاص شامل خودآرایی (Self-assembly)، چندمنظوره بودن (Multi-functionality) و قابلیت تعمیر خود (Self-repair) را دارد که تحقیقات بیشتری در رابطه با قابلیت تعمیر خود نسبت به دو مورد دیگر نیاز است. علاوه بر این برای پیش‌بینی تغییر شکل در طول زمان، جلوگیری از برخورد اجزای سازه در طی مراحل خودآرایی و کاهش مراحل سعی و خطا از مدلسازی ریاضی استفاده میشود [29].
2 چاپ چهاربعدی
فناوری فرایند تولید افزایشی به‌دلیل ویژگی‌های خاص نظیر زمان کوتاه فرایند، هزینه پایین، ساخت سفارشی و کاهش مصرف مواد اولیه در صنایع متفاوت کاربرد دارد [30، 31]. علاوه بر آن، این فناوری همچنان در صف نوآوری صنعتی قرار دارد، می‌تواند به‌عنوان فناوری انقلابی باعث پیشرفت صنعت ساخت و تولید شود. از منظر طراحی ساختار، فرایند چاپ بستر بسیار کارآمدی را به‌منظور تولید سازه‌های پیچیده برای طراحان فراهم می‌کند و این فناوری عمدتاً در زمینه مهندسی به کار برده میشود [1]. در سال‌های اخیر، چاپ چهاربعدی از جنبه‌های متفاوت مزایایی نسبت به چاپ سه‌بعدی پیدا کرده است که عمدتاً به‌دلیل رشد سریع در زمینه مواد هوشمند و ساختارهای چند ماده است [32]. در مقایسه با چاپ سه‌بعدی، فرایند چاپ چهاربعدی مفهوم جدیدی را به‌عنوان تغییر در پیکربندی جسم چاپ‌شده با گذشت زمان و تحت تأثیر محرک خارجی در نظر میگیرد [33]. عنصر اصلی چاپ چهاربعدی مواد هوشمند هستند که ویژگی‌هایی نظیر انعطاف‌پذیری، توانایی تغییر شکل و اندازه را به جسم چاپ‌شده در پاسخ به محرک خارجی می‌دهد [1].
2-1 مبانی فناوری چاپ چهاربعدی
چاپگرها از لحاظ ماده ورودی به سه دسته پایه- جامد، پایه- مایع و پایه- پودر دسته‌بندی می‌شوند. روشهای پایه- جامد شامل FDM روشهای پایه- پودر شامل SLS و SLM میشود. همچنین انواع روشهای پایه- مایع SLA، پردازش تور دیجیتال (DLP)، نوشتن با جوهر مستقیم (DIW) و جوهرافشان (Inkjet) هستند [34]. طرح‌واره کلی چند نمونه رایج چاپ سه‌بعدی در شکل 4 نشان داده شده است. همچنین در جدول 1 یک جمع‌بندی مختصر از مطالعات انجام شده بر روشهای تولید افزایشی آورده شده است.
استریولیتوگرافی نمونه‌سازي سريع با پخت لیزری انتخابی مدلسازی لایه‌ای مذاب