Công nghệ in 4D đã thay đổi ngành sản xuất như thế nào?

Những tiến bộ đáng kể gần đây trong công nghệ in 3D bao gồm khả năng sử dụng một số vật liệu khác nhau không chỉ nhựa, mà còn cả kim loại, nhựa resin, đá sa thạch, sáp và gốm sứ cho phép kết hợp nhiều vật liệu vào một vật thể in. Những cải tiến này đang mở đường cho những lợi ích kinh doanh quan trọng, bao gồm chuỗi cung ứng được sắp xếp hợp lý, tạo mẫu cải tiến và sản xuất các thiết kế mới không thể hiện hữu trong quá khứ. Mặc dù có chút nghi ngờ khi cho rằng in 3D sẽ là yếu tố thay đổi cục diện cho nhiều ngành công nghiệp, một số hạn chế nhất định sẽ quyết định cách sử dụng và các sản phẩm có thể được tạo ra với nó.

Lại nói về in 4D. Các vật liệu có thể lập trình được sử dụng trong in 4D sẽ cho phép các công ty kết hợp chiều không gian thứ tư trong sản xuất. Các công ty sẽ có thể in các đối tượng có thể tự lắp ráp, định hình lại hoặc phản ứng với các sự kiện hoặc điều kiện thay đổi. Công nghệ có thể xác định lại cách chúng ta thiết kế, sản xuất và tương tác với tất cả các loại đối tượng.

Bình minh của vật liệu động

Dựa trên nền tảng hiện có của in 3D, in 4D sử dụng các vật liệu kích thích các đối tượng in để thay đổi hình dạng, chức năng, màu sắc hoặc các thuộc tính khác khi cần. Các vật liệu được thiết kế đặc biệt này có các đặc tính cho phép chúng hoạt động khác nhau khi gặp nước, ánh sáng, nhiệt hoặc dòng điện, và có thể cho phép thiết kế lại một loạt các vật thể đang sử dụng ngày nay. Các nhà kho và các công ty hậu cần có thể sớm sử dụng các hộp tự làm phẳng; đường ống hệ thống ống nước có thể có khả năng thay đổi đường kính của chúng để đáp ứng với tốc độ dòng chảy hoặc nhu cầu nước. Cấy ghép y tế làm bằng vật liệu sinh học năng động có thể cứu sống con người.

Thật vậy, in 4D có thể thay đổi nhiều ngành công nghiệp. Do khả năng tự lắp ráp, các đối tượng quá lớn không thể in toàn bộ thông qua máy in 3D thông thường có thể được nén để in và sau đó mở rộng sau khi sản xuất. Đồ nội thất được làm bằng in 4D có khả năng loại bỏ nhiều vấn đề về lắp ráp đồ nội thất.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã chứng minh làm thế nào các vật liệu động được sử dụng trong in 4D có thể cho phép một đối tượng “ghi nhớ” hình dạng của nó. Khả năng đó có thể được sử dụng để đóng gói một nơi trú ẩn tự lắp ráp vào vị trí sau thảm họa thiên nhiên hoặc phát triển các cây cầu và những con đường tạm thời làm từ vật liệu mở rộng để sửa chữa thiệt hại và vá vết nứt.

Hiện tại và tương lai của 4D

Việc xác định lại cách thức và những gì chúng ta có thể sản xuất với máy in 3D, in 4D sẽ cho phép các nhà sản xuất phát triển một hiểu biết mới về những gì một sản phẩm có thể làm và cách sử dụng sản phẩm đó. Mặc dù in 4D vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, nhưng rõ ràng các công ty sẽ có thể sản xuất không chỉ một sản phẩm tĩnh mà còn có thể thay đổi và phát triển trong suốt vòng đời của nó.

Khi kết hợp với các khả năng kỹ thuật số tiến bộ khác bao gồm Internet of Things, trí tuệ nhân tạo và robot, sự định hình tiềm năng có thể còn sâu sắc hơn nữa. Như nhà tương lai học Matt Griffin gần đây đã viết trên blog của mình: “không có lý do nào khiến robot không thể tự thiết kế, tự in và tự lắp ráp”.

Thị trường in 4D toàn cầu có thể vẫn chỉ có giá trị dưới 100 triệu đô la Mỹ cho đến năm 2025, nhưng nhu cầu từ các lĩnh vực quốc phòng và hàng không vũ trụ, ô tô và chăm sóc sức khỏe sẽ thúc đẩy sự phát triển của nó, theo Grandview Research. Trong thực tế, đã có một số trường hợp sử dụng công nghệ này:

• Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực của NASA đã phát triển một loại vải kim loại linh hoạt, có thể được sử dụng cho các ăng ten lớn, để che chắn tàu vũ trụ khỏi thiên thạch, sử dụng trong các bộ đồ của phi hành gia, hoặc để bắt các vật thể trên bề mặt hành tinh khác. Cơ quan vũ trụ Hoa Kỳ cho biết khả năng lập trình các chức năng mới vào vật liệu thông minh cung cấp các ứng dụng dường như vô tận.
• Các bác sĩ tại Bệnh viện Trẻ em Mott Children CS Mott của Đại học Michigan đã phát triển một thanh nẹp đường thở in 4D cho trẻ sơ sinh bị tracheobronchomalacia, một tình trạng khiến khí quản của trẻ bị sụp. Các thanh nẹp, giữ khí quản mở, có thể tự động mở rộng lên gấp đôi kích thước của chúng cho đến khi trẻ đủ khỏe để tự thở, thường là khi trẻ lớn khoảng ba tuổi.
• Nhà thiết kế sản phẩm, ông Kouthe Guberan đã hợp tác với MIT để phát triển một chiếc giày tự lắp ráp có thể thay đổi quy trình sản xuất phức tạp và tốn nhiều công sức.
• Airbus cũng đang hợp tác với MIT để phát triển một bộ phận hút gió được làm từ sợi carbon có thể lập trình, nó sẽ tự điều chỉnh để điều khiển luồng khí được sử dụng để làm mát động cơ máy bay. Một thành phần như vậy sẽ loại bỏ sự cần thiết của các hệ thống điều khiển cơ học nặng và giảm mức tiêu thụ nhiên liệu. Nhà sản xuất máy bay này dự đoán rằng các thành phần được in 4D có thể tạo thành cơ sở của thân máy bay nhẹ hơn và nhanh hơn.

Có thể mất từ 5 đến 10 năm trước khi in 4D được sử dụng rộng rãi cho doanh nghiệp. Có rất nhiều thách thức, trong số đó có nhiều cách mà các loại vật liệu trước kia đã gặp thất bại. Nhưng bản chất của sự thay đổi theo cấp số nhân là nó xảy ra nhanh hơn bất kỳ dự đoán nào. Những người muốn đi đầu trong chuyển đổi kỹ thuật số nên xem xét các tác động tiềm năng và các trường hợp sử dụng in 4D cho các tổ chức của mình sớm hơn.