Bir yandan bizler 3D yazıcıları konuşurken, bir yandan da şimdiden 4D baskı teknolojisi üzerinde çalışılmaya başlandı bile.

MIT Self-Assembly Lab, Harvard’s Wyss Institute, University of Wollongong, Singapore University of Technology and Design gibi dünyanın teknoloji konusunda lider üniversiteleri 4D yazıcı teknolojisini geliştirme konusunda yoğun çalışma yürütmektedirler.

Dört boyutlu baskı, 4D baskı, 4D biyoprint baskı, aktif origami veya şekil dönüştürme sistemleri olarak da adlandırılmaktadır. 4D baskı, bir 3D baskıdan çıkan nesnenin su, sıcaklık, ışık veya diğer çevresel uyarıcılar aracılığı ile harici enerji girişinin etkisi altında kendisini başka bir yapıya dönüştürdüğü süreçtir.

Dört boyutlu yazıcılar, kullandığı malzeme ve dijital tasarımlar ile 3D boyutlu baskılarınızın şeklini baskıdan sonra da değiştirme imkânını sağlar. Bu şekil değiştirme, çevre şartlarına göre kendiliğinden de olabilecektir; örneğin, düz bir metal parçanın su altına yerleştirildiğinde su basıncının etkisi ile kendiliğinden boru şeklini alması gibi.

3D yazıcıların hali hazırdaki en büyük sıkıntılarından biri, büyük hacimli nesneleri üretmemesidir. Dört boyutlu yazıcılar bu sorunu aşabilmek amacıyla da kullanılmak istenilmektedirler. Daha anlaşılır olması için bir örnek vereyim; 6m x 4m x 2m boyutlarında bir kutu üretme ihtiyacımız olduğunu varsayalım. Bu kutuyu 3D yazıcı ile parçalar halinde üretip, monte etmemiz gerekmektedir. Oysa 4D yazıcı ile bu kutuyu basmak mümkün olabilir.

Nasıl olduğunu anlamak için ilkokul yıllarımızı hatırlayalım; geometri derslerinde bizlere küp ya da dikdörtgen prizmanın açılımını çizdirirlerdi. Sonra da bu çizimleri kestirip, üç boyutlu küp ya da dikdörtgen prizmalar ürettirirlerdi. İşte 4D yazıcılar da bu prensiplerle çalışmaktadır. Yukarıda ebatlarını verdiğim kutuyu böyle bir açılım şeklinde, önce düz bir yüzey halinde basıyor, sonra bu düz yüzeyi su ya da önceden belirlenen başka bir dış enerji kaynağına tabi tutarak, çizilen tabanları ve yanal yüzlerinin kendiliğinden kıvrılması sağlanarak, tasarlanan şekle kendisinin dönüşmesi bekleniyor.[1]

Aşağıda gösterilen şekilde, bir nesnenin 4D yazıcılarla üretilirken nasıl yer tasarrufu ettiğini göstermektedir. Bu katlanmış nesne uygun enerji ortamına getirildiğinde açılıp, yandaki konik şekli almaktadır.[2]

4D yazıcılar sayesinde, sadece küçük hacimli eşyaları değil, koltuk takımı, yatak odası gibi büyük hacimli eşyalar da kendi zevklerinize göre tasarlayıp, kolayca üretimi yaptırılabilecek. Üstelik mobilyanın montajı ile de uğraşılmayacak. Düzlem olarak üretilmiş mobilyaları eve geldikten sonra, kendiliğinden açılıp, tasarlanan şekle dönüşeceklerdir.

Dört boyutlu yazıcıların sonsuz kullanım alanı mevcuttur. Yakın zamanda, imalat sanayiinden, tıp sektörüne, modadan, inşaata kadar pek çok sektörde bu yeni baskı teknolojisi kullanılacaktır.

BMW şirketi ve MIT üniversitesinin Self-Assembly Laboratuvarı, su ile temasa girdiğinde şişebilen malzemeden, 4D yazıcısı ile basılmış, arabaların iç katmanlarının üretimi anlaşmasını imzalamış bulunuyorlar.

Yazımızı sonlandırmadan önce, MIT Self-Assembly Laboratuvarında geliştirilen bazı 4D üretim teknikleri ve ürünlerine de bir göz atalım:

Sıvı baskılı metal

Sıvı Baskılı Metal, toz desteğiyle sıvı metal üretmek için geliştirilmiş yeni bir üretim sürecidir. Bu baskı işlemi, saniyeler ile dakikalar arasında değişen baskı süreleri ile santimetreden metre ölçeğine kadar metal nesneler üretebilmektedir. Üstelik bu metal nesneler yüzde yüz geri dönüştürülebilmekte ve tekrar kullanılabilmektedir.

Günümüzde kullanılan 3D yazıcı ile metal baskı biçimleri son derece yavaştır. Çoğu zaman metal nesneleri üretmek için saatler veya günler harcanmaktadır. Üstelik son derece pahalı bir üretim süreci vardır.

4D yazıcı teknolojisi, büyük ölçekli metal nesneleri hızlı bir şekilde yazdırarak, bugün üretim için ölçek ve fizibilite ile sınırı olan metal 3D baskıyı gerçekten daha da etkinleştirebilir. Metal her gün çevremizdeki üretilen ürünlerin ve bileşenlerin önemli bir bölümünü oluşturmaktadır. Daha hızlı, daha ucuz ve daha özelleştirilebilir baskı yapabiliyorsak, bu teknoloji gelecekte hem tasarım hem de üretim süreçlerini değiştirebilir. Bu teknolojinin gelişimi ile ürün tasarımı, mimari bileşenler veya potansiyel havacılık ve otomotiv parçalarında umut verici uygulamalar göreceğimizden eminim.

Söz konusu tekniğin geliştirilmesinin sponsorları, sanılan aksine, imalat sanayi değil, sanat müzeleridir. Üretilen nesneler, Philadelphia Sanat Müzesi, Walker Sanat Merkezi ve Chicago Sanat Enstitüsü tarafından "Farklı Gelecekler İçin Tasarımlar" sergisinde gösterime sunulmuştur.[3]

Tekstil ürünleri

MIT ve bazı kâr amacı gütmeyen kuruluşların işbirliği ile geliştirilen yeni tekstil üretim teknolojisi ile değişen ısı ortamlarında, kullanıcıyı rahat ettirmek için, ısı değişimlerine uyum sağlayan tekstil ürünleri geliştirdi. "Aktif İklim Tekstili" adı verilen bu teknoloji ile giydiğimiz elbiselerin nefes alabilmesi, yalıtım için algıladığı ısı değişimine göre kalınlaşma ve incelme özelliği bulunmaktadır.

Ayrıca, kumaşın gözenekleri ısı durumuna göre küçülüp, büyüyebilmektedirler. 4D yazıcı teknolojisi ile üretilen elyafların ısı ve yapı değiştirme özelliği sayesinde bu değişim gerçekleşmektedir.[4]

Sıvı içinde üretim

4D yazıcının önemli özelliklerinden biri de, sıvı içinde ürettikleri nesnelerin hava ile temas ettiğinde değiştirebilir hale getirmesidir. Bu yeni teknolojinin pek çok örneği vardır. Örneğin, avucumuza sığabilecek bir hacimdeki avizeyi ağzımızla şişirerek kullanılabilir ebat ve forma dönüştürebiliriz.

Ya da ayakkabı alırken, modelini tarif edip, hızla size özel bir ayakkabıyı dakikalar içinde ürettirmeniz mümkün.

Birbirinin devamı olan bu yeni baskı teknolojileri, Endüstri 4.0 hedefini gerçekleştirecek en önemli araçlardır. Zira bu yeni teknolojiler insan emeğini minimuma indirdiği gibi üretimdeki insan kaynaklı hataları da sıfırlamaktadır.

Bunun yanı sıra, sağladığı üretim avantajları sayesinde ürünlerin maliyetlerini de düşürmektedir. Elbette sağladığı avantajların başında, seri üretim zorunluluğunu ortadan kaldırması gelmektedir. Talebe göre yapılacak üretimin avantajlarını yukarıda anlatmıştık. Hammadde ve ürün stoklarının ortadan kaldırılmasının sağlayacağı tasarrufun yanı sıra depolama maliyetlerinin de minimuma indirilecek olması önemli bir maliyet düşüşüne neden olabilecektir.

Bu yeni teknolojilerin yarattığı en büyük korku, hem mavi hem de beyaz yakalılarda yaratacağı işsizliktir. Bu teknolojilerin bazı meslekleri ortadan kaldıracağı kesindir. Ancak bu yeni teknolojilerin yaratmakta olduğu yeni iş kollarını da görmezden gelemeyiz. Değişen şey emeğin niteliğidir. Bu konuyu Endüstri 4.0 ve İstihdam konulu yazımızda detaylı bir şekilde inceleyeceğiz.

[1] Sculpteo.com. 4D Printing: A technology coming from the future URL: https://www.sculpteo.com/en/3d-learning-hub/best-3d-printing-articles/4d-printing-technology/

[2] Sculpteo.com. 4D Printing: A technology coming from the future, URL: https://www.sculpteo.com/en/3d-learning-hub/best-3d-printing-articles/4d-printing-technology/

[3] MIT Self-Assembly Lab. Liquid Printed Metal, https://selfassemblylab.mit.edu/liquid-printed-metal

[4] MIT Self-Assembly Lab. Active Textile Tailoring, https://selfassemblylab.mit.edu/active-textile-tailoring