Tehnologija 4D tiskanja je šele v začetnih fazah razvoja, vendar je že požela ogromno zanimanja z različnih področij raziskav in tehnologije. Ameriška vojska je že začela program na treh različnih univerzah za razvoj 4D tiskanih materialov, ki so lahko v pomoč na področju obrambe in zaščite. Na primer, 4D natisnjena prevleka obrambnih vozil, ki se lahko prilagodijo različnim okoljskim razmeram in ustrezno spremenijo svojo obliko. Uniforma vojaka iz 4D natisnjenega materiala, ki lahko po stiku z ostrim predmetom spremeni svojo obliko. Samosestavljeni 4D-natisnjeni materiali se lahko v primeru vojne izkažejo za prelomne, saj jih je mogoče sestaviti v kratkem času. 4D natisnjeni materiali lahko osupljivo vplivajo na vsakodnevno življenje ljudi. Tiskani izdelki se lahko prilagodijo spremenljivim pogojem okolja (vlaga, temperatura, pritisk, vlaga itd.) ob upoštevanju potreb uporabnika. Poleg tega 4D-natisnjeni materiali zavzamejo manj volumna, zato bosta za njihovo pošiljanje in razporeditev zahtevala manj prostora in dela. Izdelke je po njihovi uporabi mogoče uporabiti za izpolnjevanje novih zahtev zaradi njihove lastnosti samozmožnosti in samopopravljanja. Njihova uporaba v vesoljskih programih ima velik potencial. Sončne celice in antene, ki se uporabljajo v satelitih in vesoljskih vozilih, je mogoče natisniti v 4D. Lahko se sami sestavijo v prostoru, kar zmanjša delo in se lahko prilagodijo različnim razmeram v prostoru. Medicinske vede so lahko potencialno področje, kjer lahko 4D natisnjene strukture delajo čudeže. 4D natisnjene stente je mogoče vnesti v telo skozi majhen rez in ko doseže želeno mesto, lahko z zunanjimi dražljaji spremeni svojo obliko, da dobimo zahtevane rezultate. Nano 4D natisnjeno napravo je mogoče vnesti v telo in se bo sama sestavila, ko bo prispela na želeno mesto in se bo lahko izvedla želena operacija. 4D-tiskanje je dobilo velik odziv tudi na področju robotike in aktuatorjev, kjer jih je mogoče uporabiti za napredek tehnologije. V robotiki lahko drage materiale, kot so motorji, senzorji in materiale, ki jih je težko sestaviti, nadomestijo 4D natisnjene strukture. Poleg tega bo uporaba teh materialov zmanjšala velikost robotov. Samozdravilne cevi, odpravljanje napak v konstrukciji, samozdravilni hidrogeli itd. so nekatere od možnih aplikacij 4D tiskanih materialov, ki naj bi se uresničile v prihodnosti. Ti tiskovine se lahko uporabljajo tudi na področju senzorjev in tiskanih umetnih organov.
APLIKACIJE V MEDICINI
Biotisk je uporaba postopka prenosa materiala za izdelavo bioloških materialov, kot so celice, tkiva, molekule itd., za doseganje bioloških funkcij. Področje biotiskanja se je razvilo kot posledica povečanega števila presaditev organov. Ponudba organov za presaditev je majhna in trenutno tkivno inženirstvo ima določene omejitve, kar je sčasoma pripeljalo do razvoja nove veje tkivnega inženirstva, imenovane 3D ali 4D bioprinting. Biotisk ima v primerjavi s tradicionalnim tkivnim inženiringom številne prednosti, kot je visoka natančnost pri pozicioniranju celic, izdelava tkiv z visoko gostoto in lahko proizvaja velike izdelke tkivnega inženirstva. Z napredkom v preteklih letih se je 3D biotiskanje razvilo v 4D biotisk. Izraz 4D biotiskanje se nanaša na 3D tiskanje biokompatibilnih materialov, ki se lahko razvijajo s časom po tiskanju. Evolucija se tukaj nanaša na transformacijo lastnosti, oblike, fizikalne, kemične in biološke sestave 3D struktur. Z napredkom v biologiji je bila definicija 4D biotiskanja razširjena na funkcionalno transformacijo in zorenje 3D celic ali tkiv skozi čas.Tako 4D biotiskanje vključuje biomaterial (ki lahko spremeni obliko) in zorenje 3D natisnjene strukture z uporabo tega biomateriala.
Možnost konstruiranja kompleksne strukture z uporabo 4D biotiskanja je glavni razlog, da se 4D biotisk predlaga kot tehnika tkivnega inženirstva naslednje generacije. Poleg tega ima 4D biotiskanje najvišjo ločljivost med vsemi drugimi tehnikami biotiskanja, kar omogoča integracijo več informacij in podrobnosti v tkivo. 4D biotiskanje vključuje fokusiranje impulza laserja na kartušo, kar povzroči odstranitev materiala, ki se nato plast za plastjo nanese na podlago. Lastnosti materialov, ki se lahko uporabljajo za 4D biotiskanje, morajo biti enake, kot je bilo obravnavano prej v prispevku, tj. odzivnost na temperaturo, vlago, svetlobo, električno in magnetno energijo, pritisk, pH itd. 4D biotiskanje je omogočilo izdelavo bioloških struktur, ki lahko pod vplivom dražljaja spremenijo svojo obliko. Samozgibni celični origami so razvili Kuribayashi-Shigetomi et al. [198] z uporabo 3D mikrostruktur, obremenjenih s celicami, kot je prikazano na sliki 21(b), ki so se same zložile v kocko
UPORABA V ROBOTIKI
V tradicionalni robotiki se za razvoj robotov uporabljajo trdi materiali, kot so kovine, trda plastika in keramika. Ti roboti so zasnovani za posebne aplikacije in okolje ter ne prenesejo nobenih okoljskih pogojev. Ne morejo doseči velikih deformacij in ne morejo opravljati nalog, ki zahtevajo fleksibilnost . Za premagovanje teh omejitev je bilo razvito področje mehke robotike, ki lahko proizvede robote, ki so prilagodljivi kot ljudje, lahko spreminja njihovo togost in se prilagaja okoljskim razmeram. Mehka robotika zahteva mehke in pametne materiale, kot so elektroaktivni polimeri (EAP). Zaradi teh materialov se lahko razvije mehka interakcija z lomljivimi predmeti, kar zagotavlja boljšo toleranco na škodljive sile v primerjavi s tradicionalnimi roboti. 4D natisnjene strukture najbolj ustrezajo področju mehke robotike, saj so fleksibilne, se deformirajo in se lahko prilagajajo spremembam okolja. Aktuatorje za mehke robote je mogoče zgraditi s 4D natisnjenimi strukturami. Rossiter et al. izdelali dielektrične elastomerne aktuatorje (DEA) s tehnikami 3D tiskanja, kar je rešilo problem porabe časa in dela, s katerim se sooča tradicionalna izdelava DEA. DEAs spada v skupino pametnih materialov EAP (4D materialov), ki se lahko odzivajo na električne dražljaje. Ko je DEA dovedena električna energija, se ta pretvori v mehansko energijo in aktuator se deformira, kar povzroči gibanje v robotu. V nadaljevanju raziskave je skupina izdelala kompleksen prototip aktuatorja, v katerem so bile komponente aktuatorja natisnjene na dveh membranah v stanju pred napetostjo, elektrode pa so bile pritrjene na obeh straneh vsake membrane. Aktuator se je premaknil navzgor, ko je bila napetost dovedena na zgornjo membrano, aktuator pa se je premaknil navzdol, ko je bila napetost dovedena do spodnje membrane. Druga metoda uporabe 4D-tiskanja v mehki robotiki je vdelava delov v posebne komponente med 3D-tiskanjem in ko je predmet natisnjen, se lahko deli sami sestavijo z uporabo zunanjih dražljajev.
