شهد مفهوم الصناعة والتصنيع تغييرًا كبيرًا نتيجة ظهور الطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي ظهرت لأول مرة منذ ما يقرب من ثلاثة عقود ولكنها لم تكتسب شعبية واسعة النطاق إلا قبل بضع سنوات فقط. كان لهذه التغييرات تأثير كبير على المجتمع والاقتصاد ومكان العمل العالمي. منذ اختراع الطباعة ثلاثية الأبعاد، تحسنت تقنياتها وموادها باستمرار، وتوسعت تطبيقاتها المحتملة تدريجياً، وما إلى ذلك. منذ أن بدأت الطبيعة تفقد طاقتها بسبب التلوث بعد الثورة الصناعية واستخدامنا للمواد البلاستيكية غير المتجددة، كانت مهمة المهندس والمصمم هي استعادة هذا الارتباط والاستفادة من التقدم التقني بأفكار جديدة.

لاستخدام بقايا الطعام هذه في قطعة فنية مستدامة ومتناغمة مع الطبيعة. أصبح الكثير من الناس على دراية بأهمية تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد نتيجة لتوسع الإمكانيات والقدرات التي تأتي مع تقنية الطباعة. في هذه الأيام، تجد الطابعات ثلاثية الأبعاد طريقها إلى أماكن العمل والمدارس والمصانع والمستشفيات وحتى الأسر. القضايا الرئيسية التي تشغل بال عقول المصممين البيئيين باستمرار من أجل تحقيق تصميم بيئي مستدام من خلال استغلال هذه المواد غير المتجددة وكيفية تحويلها إلى عمل فني هي قضايا التصميم والمواد الذكية متعددة الوظائف وبرمجة المواد و التكلفة.

التصنيع باستخدام برامج الكمبيوتر والتصميم بمساعدة الكمبيوتر، سمحت التكنولوجيا المضافة، المعروفة باسم الطباعة ثلاثية الأبعاد، للناس ببناء نماذج ثلاثية الأبعاد فريدة (CAD).

يتأثر القطاع العام والشركات المتنوعة والتصنيع الذكي بشكل كبير بالتكنولوجيا. من أجل جلب الابتكار والوظائف التي لا مثيل لها، اعتمدت هذه التكنولوجيا على توظيف تكنولوجيا AM والمواد القابلة للبرمجة لتحويل المعلومات الرقمية من العالم الافتراضي إلى أشياء في العالم الحقيقي. تم فحص وتحليل المواد النسبية والطابعات ثلاثية الأبعاد والآليات التحفيزية ومبادئ تصميم الأبعاد الإضافية والتطبيقات الجديدة منذ أن طورها فريق Tibbits البحثي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في عام 2013. بالإضافة إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد، يُسمح بالطباعة رباعية الأبعاد، مما يسمح بتغييرات الشكل أو الميزة أو الوظيفة التي تعتمد على مرور الوقت. يمكن تغيير الصورة ثلاثية الأبعاد الساكنة المطبوعة إلى هيكل متوقع آخر عن طريق تحفيز الضوء أو الرطوبة أو درجة الحموضة أو المذيبات أو المغناطيسية أو الاستجابة الكهربائية أو الضغط. الطباعة ثلاثية الأبعاد والمواد الذكية المستجيبة للمنبهات والنمذجة الرياضية وآليات التفاعل هي العناصر الخمسة التي تشكل الطباعة رباعية الأبعاد. تتضمن هذه الفكرة قدرة الطباعة على المواد ذات نسب التمدد.

في مرافق الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتم تشكيل أنماط حرارية مختلفة وتغييرها وفقًا لسلوكيات تغيير الشكل. تعريف آخر للطباعة رباعية الأبعاد هو التحول الميكانيكي للمواد الذكية النشطة المستجيبة للتحفيز إلى أشكال أخرى ذات صلة.

من أجل نقل المعلومات الرقمية من العالم الافتراضي إلى أجسام خرسانية في العالم الحقيقي في استجابة مبرمجة مسبقًا للظروف المتغيرة مثل درجة الحرارة أو الضغط أو الرياح أو المطر، ستوفر الطباعة رباعية الأبعاد قدرات جديدة ولم يسمع بها أحد. يشار إلى قدرة الأشياء المادية على تغيير شكلها ووظيفتها بعد إنشائها، مما يوفر قدرات جديدة وتطبيقات تعتمد على الأداء، على أنها البعد الرابع في الطباعة ثنائية الأبعاد.

نظرًا لقدرتها الاستثنائية على تجربة التغييرات الهيكلية أو الوظيفية بمرور الوقت استجابة للمحفزات الخارجية، فإن الطباعة رباعية الأبعاد هي تقنية علمية وهندسية ولدت قدرًا كبيرًا من الاهتمام. تعد المواد الذكية الجديدة والدراسات الأساسية في النمذجة الرياضية من بين المكونات العلمية للطباعة رباعية الأبعاد. ويجري باستمرار استحداث وتعزيز تقنيات جديدة للطباعة وبرامجيات ومواد ومعدات نتيجة للتقدم التكنولوجي.

من أجل إنهاء عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد، تعتبر مواد الطباعة مطلبًا لأن لها تأثيرًا مباشرًا على النتيجة. تستخدم هذه التقنية طاقات مركزة بما في ذلك الحرارة والضوء والليزر والكهرباء ومصادر الطاقة الخارجية الأخرى لمعالجة المواد. تحدد الميكانيكا والكيمياء جودة المكونات المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

وتوزيع أفضل للطاقة المستهلكة. من خلال تشجيع المزيد من التكيف الإيجابي للمواد نحو التطوير في التصنيع ثلاثي الأبعاد وتوسيع استخدام المواد الجديدة التي لم يتم استخدامها من قبل، فإنه يحسن توافق المواد مع مصادر الطاقة والتكنولوجيا والتقنيات المتقدمة. هناك العديد من مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد التي يمكن الوصول إليها، ولكل منها حالة فريدة. يتم تطوير أنواع وخصائص المواد بعناية لتكييف الطريقة من أجل الحصول على نتيجة مرغوبة. وفقًا لتقنية الطباعة، تُستخدم المكونات كمسحوق وراتنج وكريات وحبيبات.

اليوم، نحتاج إلى التفكير في كيفية التعامل مع هذه المواد المتزايدة بشكل كبير لأن منتجات بلاستيك النايلون، المعروفة أيضًا باسم البولي أميد، هي المواد البلاستيكية الأكثر استخدامًا. تتميز هذه المادة بمقاومة درجات الحرارة المرتفعة ولها ميزة امتصاص الصدمات مع مقاومة عالية التأثير. عند الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتم استخدام البولي بروبيلين كخيوط شكلية لأنه قوي ومرن وطويل الأمد.

إعادة التدوير هي الخيار الأفضل للتخلص من الكمية الهائلة من النفايات البلاستيكية لأن البلاستيك مادة سهلة التشكيل مصنوعة بشكل أساسي من مجموعة من العلاقات الكيميائية الدقيقة وأنه منتج يستغرق قرونًا لتحلله. يؤدي حرقه إلى انتشار الغازات السامة التي يصعب تحللها، ودفنه في الأرض لا يحل المشكلة وقد يضر بصحة الإنسان.

كان هدف برنامج المادة القابلة للبرمجة هو تطوير مواد قابلة للبرمجة عن طريق دمج البحث الأكاديمي مع التقنيات المعمارية والتصنيع الرقمي المتطور، مما يتيح إجراء تعديلات على مرونة المواد ومساميها وموصليتها وخصائصها الضوئية وخصائصها المغناطيسية. نتيجة لذلك، تعد الطباعة رباعية الأبعاد طريقة قادرة على طباعة الهياكل ثلاثية الأبعاد. يمكن تجميعها وتفكيكها لإنشاء عناصر بالشكل المطلوب وتعدد الوظائف مع تغير شكلها بمرور الوقت. تعد القدرة على التحكم في عملية الطي والانكماش والالتواء والتغير النسبي في المواد المستخدمة أحد التحديات الأساسية لتكنولوجيا الطباعة رباعية الأبعاد في التصميم والبناء المعبر عنها في برمجة المواد المعقدة والمتطورة. يحدث التحول الهيكلي عندما تتعرض مادة ما للطاقة. مثل الحرارة والهواء والعمليات الكيميائية الأخرى الناتجة عن المكونات المستخدمة في إنتاجها.