3डी प्रिंटिंग पोरस स्ट्रक्चर डिज़ाइन गाइड: सांस लेने की क्षमता, निस्पंदन और लाइटवेटिंग के लिए अनुप्रयोग परिदृश्य

परिचय: डिज़ाइन की स्वतंत्रता और झरझरा संरचनाओं का कार्यात्मक मूल्य

3डी प्रिंटिंग तकनीक के मुख्य लाभों में से एक जटिल ज्यामितीय संरचनाओं का एहसास है जिसे पारंपरिक विनिर्माण प्रक्रियाओं द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता है। छिद्रपूर्ण संरचना सबसे अधिक प्रतिनिधि अनुप्रयोगों में से एक है। ठोस सामग्रियों में नियमित या अनियमित छिद्रों को शामिल करके, छिद्रपूर्ण संरचनाएं संरचनात्मक ताकत बनाए रखते हुए वजन को काफी कम कर सकती हैं, और साथ ही भागों को वेंटिलेशन, निस्पंदन, ऊर्जा अवशोषण और गर्मी विनिमय जैसे विशेष कार्य प्रदान करती हैं। एयरोस्पेस में हल्के स्टेंट से लेकर, चिकित्सा उपकरणों में मानव प्रत्यारोपण तक, रासायनिक उद्योग में फ़िल्टर तत्वों तक, छिद्रपूर्ण संरचनाएं भाग डिजाइन में संभावना की सीमाओं को फिर से परिभाषित कर रही हैं।

पारंपरिक विनिर्माण प्रक्रियाओं (जैसे कास्टिंग और मशीनिंग) की तुलना में, छिद्रपूर्ण संरचनाओं के निर्माण में 3डी प्रिंटिंग के महत्वपूर्ण फायदे हैं। झरझरा संरचनाओं के निर्माण की पारंपरिक प्रक्रियाएँ आमतौर पर फोमिंग, सिंटरिंग या रासायनिक नक़्क़ाशी जैसे तरीकों पर निर्भर करती हैं। सरंध्रता, छिद्र व्यास और छिद्र आकार को सटीक रूप से नियंत्रित करना मुश्किल है, और संरचनात्मक स्थिरता खराब है। 3डी प्रिंटिंग पैरामीट्रिक डिजाइन के माध्यम से छिद्रों की ज्यामितीय विशेषताओं को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकती है, माइक्रोन स्तर से मिलीमीटर स्तर के छिद्र व्यास तक किसी भी डिजाइन को प्राप्त कर सकती है, और इसमें उत्कृष्ट बैच स्थिरता होती है। यह आलेख 3डी मुद्रित झरझरा संरचनाओं की डिजाइन पद्धति, प्रक्रिया चयन, प्रदर्शन लक्षण वर्णन और अनुप्रयोग परिदृश्यों को व्यवस्थित रूप से पेश करेगा, जिससे इंजीनियरों को व्यावहारिक डिजाइन दिशानिर्देश मिलेंगे।

छिद्रपूर्ण संरचनाओं का वर्गीकरण और ज्यामितीय विशेषताएं

छिद्रों की व्यवस्था के आधार पर, झरझरा संरचनाओं को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: नियमित झरझरा संरचनाएं और यादृच्छिक झरझरा संरचनाएं। नियमित छिद्रपूर्ण संरचनाओं (जैसे मधुकोश संरचनाएं और जाली संरचनाएं) में समय-समय पर छिद्र इकाइयां व्यवस्थित होती हैं, और छिद्र आकार, छिद्र व्यास और छिद्र को सटीक रूप से डिजाइन किया जा सकता है। सामान्य नियमित झरझरा संरचनाओं में क्यूबिक जाली, बॉडी-केंद्रित क्यूबिक (बीसीसी), फेस-केंद्रित क्यूबिक (एफसीसी), डायमंड जाली, जायरोस्कोप जाली आदि शामिल हैं। इनमें से प्रत्येक संरचना की अपनी विशेषताएं हैं: बीसीसी जाली में अच्छी आइसोट्रॉपी है और बहु-दिशात्मक भार सहन करने के लिए उपयुक्त है; हीरे की जाली का एक बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र होता है और यह निस्पंदन और उत्प्रेरक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है; जाइरोस्कोप जाली में उत्कृष्ट कठोरता-से-वजन अनुपात होता है और यह हल्के डिजाइन के लिए उपयुक्त है।

यादृच्छिक झरझरा संरचनाएं प्रकृति में झरझरा सामग्री (जैसे हड्डियां और स्पंज) का अनुकरण करती हैं। छिद्र वितरण और कनेक्टिविटी यादृच्छिक हैं, लेकिन सांख्यिकीय विशेषताएं नियंत्रणीय हैं। यादृच्छिक छिद्रपूर्ण संरचनाएं आमतौर पर एल्गोरिदम के माध्यम से उत्पन्न होती हैं, जैसे वोरोनोई विभाजन, पर्लिन शोर, यादृच्छिक बॉल पैकिंग इत्यादि। इस प्रकार की संरचना का लाभ यह है कि यह प्राकृतिक सामग्रियों के यांत्रिक व्यवहार के करीब है और नियमित संरचनाओं की विशिष्ट दिशाओं में तनाव एकाग्रता की समस्या से बच सकता है। चिकित्सा प्रत्यारोपण के डिजाइन में, यादृच्छिक छिद्रपूर्ण संरचना मानव हड्डी के ऊतकों की सूक्ष्म संरचना के करीब है, जो हड्डी कोशिका अंतर्वृद्धि और ऑसियोइंटीग्रेशन के लिए अनुकूल है।

छिद्रपूर्ण संरचना के प्रमुख ज्यामितीय मापदंडों में सरंध्रता (पोरसिटी), छिद्र आकार (छिद्र आकार), छिद्र दीवार की मोटाई (स्ट्रट मोटाई) और विशिष्ट सतह क्षेत्र (विशिष्ट सतह क्षेत्र) शामिल हैं। सरंध्रता को कुल आयतन में छिद्र आयतन के प्रतिशत के रूप में परिभाषित किया जाता है, आमतौर पर 30% और 90% के बीच। छिद्र व्यास एक एकल छिद्र के विशिष्ट आकार को संदर्भित करता है, जो दसियों माइक्रोन से लेकर कई मिलीमीटर तक होता है। छेददीवार की मोटाई सीधे संरचनात्मक ताकत और विनिर्माण व्यवहार्यता को प्रभावित करती है, और आमतौर पर 0.3 मिमी (एफडीएम प्रक्रिया) या 0.2 मिमी (एसएलए/एसएलएस प्रक्रिया) से कम नहीं होती है। विशिष्ट सतह क्षेत्र छिद्र के आकार के व्युत्क्रमानुपाती होता है। छिद्र का आकार जितना छोटा होगा, विशिष्ट सतह क्षेत्र उतना ही बड़ा होगा, जो उच्च सतह गतिविधि की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।

छिद्रपूर्ण संरचना डिजाइन के तरीके और सॉफ्टवेयर उपकरण

छिद्रपूर्ण संरचनाओं के डिजाइन के लिए पेशेवर सॉफ्टवेयर उपकरणों की आवश्यकता होती है। मुख्यधारा के 3डी मॉडलिंग सॉफ्टवेयर (जैसे सॉलिडवर्क्स, कैटिया, एनएक्स) पैरामीट्रिक मॉडलिंग के माध्यम से सरल नियमित झरझरा संरचनाएं बना सकते हैं, लेकिन जटिल जाली या यादृच्छिक झरझरा संरचनाओं के लिए, आमतौर पर विशेष प्लग-इन या सॉफ्टवेयर की आवश्यकता होती है। एनटोपोलॉजी (अब एनटॉप) वर्तमान में सबसे शक्तिशाली जाली संरचना डिजाइन सॉफ्टवेयर है, जो कई जाली प्रकारों की पैरामीट्रिक पीढ़ी, ग्रेडिएंट डिजाइन, क्षेत्र-संचालित अनुकूलन और ठोस संरचनाओं के साथ निर्बाध एकीकरण का समर्थन करता है। मटेरियलाइज़ मैजिक्स का लैटिस मॉड्यूल एक समृद्ध लैटिस लाइब्रेरी और स्वचालित पीढ़ी उपकरण भी प्रदान करता है।

ओपन सोर्स उपयोगकर्ताओं के लिए, Lattice2 प्लग-इन, FreeCAD के लैटिस वर्कबेंच और Python-आधारित विशेष स्क्रिप्ट (जैसे PyVista, ट्रिमेश लाइब्रेरी का उपयोग करना) के साथ संयुक्त ब्लेंडर सभी संभव विकल्प हैं। डिज़ाइन प्रक्रिया में आमतौर पर निम्नलिखित चरण शामिल होते हैं: सबसे पहले डिज़ाइन स्पेस (डिज़ाइन स्पेस) को परिभाषित करें, अर्थात, वह क्षेत्र जिसे छिद्रपूर्ण संरचना को भरने की आवश्यकता है; फिर जाली के प्रकार और बुनियादी मापदंडों (छिद्र व्यास, छिद्र दीवार की मोटाई, इकाई आकार) का चयन करें; फिर जाली भरना और सीमा ट्रिमिंग करना; अंत में संरचनात्मक विश्लेषण (एफईए) सत्यापन करें और तनाव वितरण के अनुसार स्थानीय मापदंडों को समायोजित करें। फ़ंक्शन-उन्मुख डिज़ाइन के लिए, जाली भरने के साथ संयुक्त टोपोलॉजी अनुकूलन का उपयोग छेद की दीवार की मोटाई बढ़ाने या तनाव एकाग्रता क्षेत्रों में छिद्र को कम करने के लिए भी किया जा सकता है।

हाल के वर्षों में धीरे-धीरे छिद्रित संरचनाएं एक गर्म डिजाइन विषय रही हैं। भाग के विभिन्न क्षेत्रों में अलग-अलग सरंध्रता और छिद्र आकार सेट करके, गुणों का एक अनुकूलित वितरण प्राप्त किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, इम्प्लांट डिज़ाइन में, हड्डी के ऊतकों के संपर्क में आने वाली सतह ऑसियोइंटीग्रेशन को बढ़ावा देने के लिए उच्च सरंध्रता (70%-80%) का उपयोग करती है, और आंतरिक कोर क्षेत्र संरचनात्मक ताकत सुनिश्चित करने के लिए कम सरंध्रता (30%-50%) का उपयोग करता है। घनत्व क्षेत्र को परिभाषित करके ग्रेडिएंट डिज़ाइन प्राप्त किया जा सकता है। फ़ील्ड चर स्थानिक निर्देशांक के कार्य या यांत्रिक गुणों (जैसे तनाव, तनाव) से संबंधित कार्य हो सकते हैं। आधुनिक डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर फ़ील्ड-संचालित डिज़ाइन का समर्थन करता है, जो ढालदार छिद्रपूर्ण संरचनाओं के निर्माण को बहुत सरल बनाता है।

छिद्रपूर्ण संरचनाओं के लिए 3डी प्रिंटिंग प्रक्रियाओं की अनुकूलनशीलता

छिद्रपूर्ण संरचनाओं के लिए विभिन्न 3डी प्रिंटिंग प्रक्रियाओं की विनिर्माण क्षमताएं काफी भिन्न होती हैं। धातु छिद्रपूर्ण संरचनाओं के निर्माण के लिए धातु 3डी प्रिंटिंग (एसएलएम, ईबीएम) सबसे अच्छा विकल्प है। यह 0.5 मिमी जितना छोटा छिद्र व्यास और 0.2 मिमी जितनी कम छिद्र दीवार मोटाई के साथ जटिल जाली संरचनाएं बना सकता है। एसएलएम प्रक्रिया द्वारा निर्मित टाइटेनियम मिश्र धातु छिद्रपूर्ण संरचना का व्यापक रूप से आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण में उपयोग किया गया है। इसके लोचदार मापांक को छिद्र को समायोजित करके 4-20GPa की सीमा में समायोजित किया जा सकता है, जो मानव कॉर्टिकल हड्डी (10-30) के करीब हैजीपीए), प्रभावी ढंग से तनाव-परिरक्षण प्रभाव से बचता है। उच्च मोल्डिंग तापमान के कारण, ईबीएम प्रक्रिया बड़े आकार के छिद्रपूर्ण टाइटेनियम मिश्र धातु संरचनाओं के निर्माण के लिए उपयुक्त है, लेकिन सतह खुरदरापन बड़ा है।

पॉलिमर 3डी प्रिंटिंग में, एसएलएस (चयनात्मक लेजर सिंटरिंग) नायलॉन छिद्रपूर्ण संरचनाओं के निर्माण के लिए एक आदर्श प्रक्रिया है। एसएलएस बिना समर्थन के जटिल जाली संरचनाएं बना सकता है, और पापयुक्त छिद्रित भागों में अच्छे यांत्रिक गुण होते हैं। समर्थन संरचनाओं की आवश्यकता के कारण एफडीएम प्रक्रिया बंद छिद्रपूर्ण संरचनाओं का निर्माण करना कठिन है, लेकिन खुले-छिद्र संरचनाओं (जैसे मधुकोश संरचनाओं) के लिए यह अभी भी संभव है। एसएलए प्रकाश-इलाज प्रक्रिया 0.2 मिमी तक छिद्र व्यास के साथ बेहद सटीक सूक्ष्म संरचनाएं बना सकती है, जो माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स और ऊतक इंजीनियरिंग मचानों जैसे सटीक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। हालाँकि, SLA भागों को पूरी तरह से साफ और ठीक करने की आवश्यकता होती है, और छिद्रों के अंदर राल अवशेष प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं।

छिद्रपूर्ण संरचना मुद्रण के लिए प्रमुख प्रक्रिया मापदंडों में लेजर शक्ति, स्कैनिंग गति, परत मोटाई और स्कैनिंग रणनीति शामिल हैं। एसएलएम प्रक्रिया के लिए, बहुत कम लेजर शक्ति छेद की दीवार के अपर्याप्त पिघलने और अपर्याप्त ताकत का कारण बनेगी; बहुत अधिक शक्ति के कारण छेद की दीवार ढह सकती है और छिद्र सिकुड़ सकता है। स्कैनिंग रणनीति का झरझरा संरचना की अनिसोट्रॉपी पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, और घूर्णी स्कैनिंग रणनीति अनिसोट्रॉपी को कम कर सकती है। परत की मोटाई के चयन के लिए सटीकता और दक्षता के बीच संतुलन की आवश्यकता होती है। आमतौर पर 0.03-0.05 मिमी की परत की मोटाई सटीक छिद्रपूर्ण संरचनाओं के लिए उपयुक्त होती है। मुद्रण दिशा झरझरा संरचना के वास्तविक प्रदर्शन को भी प्रभावित करेगी। सर्वोत्तम मुद्रण दिशा निर्धारित करने के लिए एक प्रक्रिया सत्यापन परीक्षण आयोजित करने की अनुशंसा की जाती है।

छिद्रपूर्ण संरचनाओं के प्रदर्शन लक्षण वर्णन और परीक्षण के तरीके

छिद्रपूर्ण संरचनाओं के प्रदर्शन लक्षण वर्णन में तीन पहलू शामिल हैं: ज्यामितीय लक्षण वर्णन, यांत्रिक संपत्ति परीक्षण और कार्यात्मक परीक्षण। ज्यामितीय लक्षण वर्णन मुख्य रूप से माइक्रो-सीटी (माइक्रो-सीटी) स्कैनिंग के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, जो छिद्रपूर्ण संरचना के आंतरिक छिद्रों की त्रि-आयामी आकृति विज्ञान प्राप्त कर सकता है, वास्तविक छिद्र, छिद्र आकार वितरण और छिद्र दीवार की मोटाई जैसे मापदंडों को माप सकता है और डिजाइन मूल्यों के साथ उनकी तुलना कर सकता है। माइक्रो-सीटी विनिर्माण दोषों का भी पता लगा सकता है, जैसे गायब छेद वाली दीवारें, संलयन की कमी, गोलाकारीकरण इत्यादि, जो प्रक्रिया अनुकूलन के लिए प्रत्यक्ष आधार प्रदान करता है।

मैकेनिकल प्रॉपर्टी परीक्षण के लिए एप्लिकेशन परिदृश्य के आधार पर उपयुक्त परीक्षण विधियों के चयन की आवश्यकता होती है। हल्के ढांचे के लिए, संपीड़न परीक्षण सबसे बुनियादी परीक्षण है, जो प्लेटफ़ॉर्म के लोचदार मापांक, प्लेटफ़ॉर्म तनाव और घनत्व तनाव जैसे प्रमुख पैरामीटर प्राप्त कर सकता है। तन्य भार के अधीन झरझरा संरचनाओं के लिए तन्य परीक्षण भी उतना ही महत्वपूर्ण है। प्रत्यारोपण अनुप्रयोगों के लिए, थकान परीक्षण की भी आवश्यकता होती है क्योंकि प्रत्यारोपण को मानव शरीर के अंदर लाखों चक्रीय भार का सामना करने की आवश्यकता होती है। छिद्रपूर्ण संरचनाओं के यांत्रिक गुण आमतौर पर महत्वपूर्ण अनिसोट्रॉपी दिखाते हैं, इसलिए संपूर्ण यांत्रिक संपत्ति डेटाबेस स्थापित करने के लिए कई दिशाओं में परीक्षण की आवश्यकता होती है।

कार्यात्मक परीक्षण विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्यों के लिए डिज़ाइन किया गया है। वायु पारगम्यता परीक्षण का उपयोग निस्पंदन और वेंटिंग अनुप्रयोगों के लिए छिद्रपूर्ण संरचनाओं का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है; थर्मल ट्रांसफर प्रदर्शन परीक्षण का उपयोग हीट एक्सचेंजर अनुप्रयोगों का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है; चिकित्सा प्रत्यारोपण का मूल्यांकन करने के लिए साइटोकंपैटिबिलिटी परीक्षण का उपयोग किया जाता है; और ऊर्जा अवशोषण प्रदर्शन परीक्षण का उपयोग कुशनिंग और सुरक्षात्मक अनुप्रयोगों के मूल्यांकन के लिए किया जाता है। इन परीक्षणों के लिए अक्सर कस्टम-निर्मित विशेष फिक्स्चर और परीक्षण सेटअप की आवश्यकता होती है। डिज़ाइन मॉडल की सटीकता को सत्यापित करने और बाद के डिज़ाइन पुनरावृत्तियों के लिए मार्गदर्शन प्रदान करने के लिए परीक्षण परिणामों को सिमुलेशन विश्लेषण के साथ जोड़ा जाना चाहिए।मार्गदर्शक।

विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य और डिज़ाइन मामले

छिद्रपूर्ण संरचनाओं के अनुप्रयोग के लिए एयरोस्पेस क्षेत्र सबसे परिपक्व क्षेत्रों में से एक है। विमान सीट ब्रैकेट, इंजन ब्रैकेट, सैटेलाइट संरचनात्मक हिस्से इत्यादि को टाइटेनियम मिश्र धातु या एल्यूमीनियम मिश्र धातु छिद्रपूर्ण संरचनाओं के साथ डिज़ाइन किया गया है, जो संरचनात्मक ताकत बनाए रखते हुए वजन को 30% -60% तक कम कर सकता है, ईंधन की खपत को काफी कम कर सकता है या पेलोड बढ़ा सकता है। बोइंग 787 यात्री विमान भागों के निर्माण के लिए 3डी मुद्रित छिद्रपूर्ण संरचनाओं का उपयोग करता है, जिससे एक टुकड़े का वजन 40% से अधिक कम हो जाता है। डिज़ाइन के मुख्य बिंदु बल प्रवाह पथ को निर्धारित करने के लिए टोपोलॉजी अनुकूलन का उपयोग करना, गहन बल प्रवाह वाले क्षेत्रों में कम सरंध्रता या ठोस संरचनाओं का उपयोग करना और माध्यमिक क्षेत्रों में उच्च सरंध्रता जाली भरने का उपयोग करना है।

चिकित्सीय प्रत्यारोपण झरझरा संरचनाओं का सबसे सामाजिक रूप से मूल्यवान अनुप्रयोग है। सरंध्रता और छिद्र आकार को सटीक रूप से नियंत्रित करके, टाइटेनियम मिश्र धातु छिद्रपूर्ण संरचना प्रत्यारोपण हड्डी की कोशिकाओं को छिद्रों में बढ़ने, ऑसियोइंटीग्रेशन बनाने और प्रत्यारोपण की दीर्घकालिक स्थिरता में काफी सुधार करने के लिए बढ़ावा दे सकता है। कूल्हे के जोड़ों, घुटने के जोड़ों और इंटरवर्टेब्रल फ्यूजन केज जैसे प्रत्यारोपणों को एफडीए द्वारा अनुमोदित किया गया है और ये व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। डिज़ाइन के मुख्य बिंदु यह हैं कि सतह परत बड़े छिद्रों (500-800μm) और उच्च सरंध्रता (70%-80%) का उपयोग करती है, और आंतरिक कोर कार्यात्मक ढाल डिजाइन प्राप्त करने के लिए छोटे छिद्रों और कम सरंध्रता का उपयोग करती है। इसके अलावा, कोशिका वृद्धि के लिए त्रि-आयामी टेम्पलेट प्रदान करने के लिए छिद्रपूर्ण संरचनाओं का उपयोग ऊतक इंजीनियरिंग मचान के रूप में भी किया जा सकता है।

रासायनिक और ऊर्जा क्षेत्रों में, उच्च दक्षता वाले हीट एक्सचेंजर्स, उत्प्रेरक वाहक और फ़िल्टर तत्वों के निर्माण के लिए छिद्रपूर्ण संरचनाओं का उपयोग किया जाता है। बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र और जटिल द्रव चैनलों के कारण, धातु 3डी प्रिंटिंग द्वारा निर्मित झरझरा हीट एक्सचेंजर्स की हीट एक्सचेंज दक्षता पारंपरिक हीट एक्सचेंजर्स की तुलना में 50% अधिक है। उत्प्रेरक वाहक एक छिद्रपूर्ण संरचना डिजाइन को अपनाता है, जो उत्प्रेरक प्रतिक्रिया दक्षता में काफी सुधार कर सकता है। फ़िल्टर तत्व एक ढालदार छिद्रपूर्ण संरचना अपनाता है। सतह परत अशुद्धियों को फ़िल्टर करने के लिए छोटे छिद्रों का उपयोग करती है, और आंतरिक परत प्रवाह प्रतिरोध को कम करने के लिए बड़े छिद्रों का उपयोग करती है। इन अनुप्रयोगों का डिज़ाइन फोकस द्रव प्रतिरोध, निस्पंदन सटीकता और संरचनात्मक ताकत को संतुलित करना है, जिसके लिए अक्सर कम्प्यूटेशनल द्रव गतिशीलता (सीएफडी) सिमुलेशन की मदद से अनुकूलन की आवश्यकता होती है।

निष्कर्ष और भविष्य की संभावनाएं

छिद्रपूर्ण संरचना डिज़ाइन 3डी प्रिंटिंग तकनीक द्वारा जारी डिज़ाइन की स्वतंत्रता की एक महत्वपूर्ण अभिव्यक्ति है। ज्यामितीय विशेषताओं और छिद्रों के स्थानिक वितरण को तर्कसंगत रूप से डिजाइन करके, हल्के वजन, कार्यात्मकता और प्रदर्शन अनुकूलन के कई लक्ष्यों को एक ही हिस्से में प्राप्त किया जा सकता है। डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर, सिमुलेशन टूल और प्रिंटिंग प्रक्रियाओं की निरंतर प्रगति के साथ, झरझरा संरचनाओं के अनुप्रयोग का दायरा और अधिक विस्तारित होगा, जो उच्च-स्तरीय विनिर्माण क्षेत्रों से लेकर उपभोक्ता उत्पादों, वास्तुकला, फैशन और अन्य क्षेत्रों तक पहुंच जाएगा।

भविष्य में, झरझरा संरचना डिजाइन बुद्धिमत्ता, मल्टी-स्केल और मल्टी-फ़ंक्शन की दिशा में विकसित होगा। 4डी प्रिंटिंग (स्मार्ट सामग्रियों और झरझरा संरचनाओं का संयोजन) झरझरा संरचनाओं को अनुकूली क्षमताएं प्रदान करने में सक्षम बनाएगी; बहु-स्तरीय झरझरा संरचनाएं (नैनोमीटर से लेकर मैक्रोस्कोपिक तक कई पैमानों पर छिद्र डिजाइन) अधिक जटिल कार्यात्मक एकीकरण को सक्षम करेगी; बायोनिक छिद्रपूर्ण संरचनाएं (हड्डियों, लकड़ी, स्पंज आदि जैसी प्राकृतिक सामग्रियों की नकल) पारंपरिक डिजाइनों से परे प्रदर्शन प्रदान करेंगी। डिज़ाइन इंजीनियरों के लिए, छिद्रपूर्ण संरचना डिज़ाइन विधियों में महारत हासिल करना 3डी प्रिंटिंग युग में मुख्य प्रतिस्पर्धात्मकता में से एक बन जाएगा।