4D打印機

　　4D打印機就是在3D打印的基礎上增加時間元素，它首次是在洛杉磯舉行的《科技、娛樂、設計（TED）大會》由麻省理工學院自我組裝實驗室的科學家斯凱拉·蒂比茨對這款產品進行了展示4D打印機。

　　一、簡介

　　4D打印機就是在3D打印的基礎上增加時間元素，它首次是在洛杉磯舉行的《科技、娛樂、設計（TED）大會》由麻省理工學院自我組裝實驗室的科學家斯凱拉·蒂比茨對這款產品進行了展示4D打印機。在展示過程中，一根復合材料在水中完成了自動變形。據介紹，這根復合材料由3D打印機“打印”，所使用的原材料為一根塑料和一層能夠吸水的“智能”材料。蒂比茨稱：“打印過程并不是新鮮的東西，但關鍵是打印出來后發(fā)生的變化。”對于這一技術的運用，蒂比茨認為其能夠自我變形的特性，可以讓物體實現(xiàn)在地下管道等難以接觸到的地方進行自我組裝。此外，這一技術還有可能應用到家具、自行車、汽車、甚至建筑物的制造上。

　　蒂比茨正在尋找制造商與他合作，以期在這些方面進行創(chuàng)新。“我們在尋找必須使用到這些材料的產品……設想一下，如果水管能夠自我延伸，應對不同的需求和流量，這樣就能夠省掉挖掘街道的步驟了。”

　　一些專家們認為，這一技術的問世可能預示著自我組裝家具時代的來臨。美國軟件開發(fā)商、參與4D技術開發(fā)的歐特克公司正在對此進行更進一步的研究。該公司首席研究專家卡洛·奧古恩稱：“想象一下這樣的場景，你在宜家買到一把椅子，然后把它放到你的屋子里，關鍵的是，這把椅子會自我組裝。”

　　奧古恩說，4D打印概念的靈感來自于生物的自我復制能力。不過，該技術初期只能“打印”自動變形的條狀物體，其下一步的研究目標是“打印”片狀物體，然后才是結構更加復雜的物體。

　　二、最新研究

　　在2013年十月三十日，美研究人員開發(fā)4D打印技術加工新型復合材料。

　　美國科羅拉多大學博爾德分校的研究人員已成功在其打印技術中加入第四個維度，為在制造、封裝和生物醫(yī)學中應用的自適應復合材料的制造和使用帶來可能。

　　該研究團隊由科羅拉多大學博爾德分校機械工程學院副教授H.杰里奇領導，他和其合作伙伴——來自新加坡科技設計大學的馬丁·L·鄧恩一起，已經開發(fā)出4D打印方法，并對其進行了測試。這些研究人員將“形狀記憶”聚合纖維加入傳統(tǒng)3D打印使用的復合材料中，從而生產出在某一種形狀上的固定對象，而這一形狀稍后會轉化為一種新的形狀。

　　前科羅拉多大學博爾德分校機械工程學院成員鄧恩稱，“在此工作中，由3D打印創(chuàng)建最初配置，然后由形狀記憶纖維的編程行動創(chuàng)建與配置相關的時間——4D方面”。鄧恩對復合材料的力學和物理學研究已超過20余年。

　　4D打印的概念最初由麻省理工學院斯凱勒·蒂比茨于2013年4月提出，允許材料“自我組裝”成3D結構。蒂比茨和其團隊將“智能”材料產生層與一股塑料進行結合，該“智能”材料能在水中實現(xiàn)“自我組裝”。

　　鄧恩表示，“我們通過創(chuàng)建復合材料推進了這一概念發(fā)展，這些復合材料可基于一種不同物理機制變形為許多不同的復雜形狀。使用形狀記憶聚合物纖維生成復合材料所需的形狀變化的秘密在于，如何設計纖維的架構，包括其位置、方向和其他因素。”

　　科羅拉多大學博爾德分校團隊的這些成果刊登在上月的《應用物理快報》雜志上。

　　杰里奇表示，“最吸引人的事情就是這些形狀在設計階段就被定義了，而這些在前幾年是不可能是實現(xiàn)的。”

　　該團隊對復合材料內纖維的方向和位置如何確定形狀記憶的影響程度進行了演示，如折疊、卷曲、拉伸或扭曲。這些研究人員也演示了，通過對這些復合材料進行加熱或冷卻來控制這些影響的能力。

　　杰里奇稱，3D打印技術已經歷了30多年的發(fā)展歷程。這項技術21世紀才發(fā)展到此階段，即當目標受到熱和機械推力時，活性纖維可納入復合材料中，以便對其行為進行預知控制。

　　這項技術可為各種應用帶來令人興奮的可能性。杰里奇表示，太陽能電池或類似產品可在功能性設備可很容易地安裝的平面配置中生產。隨后，它將被轉變?yōu)橐粋€緊湊形狀用于封裝和運輸。在達到目的地后，該產品將會被激活以形成一種功能可優(yōu)化的不同形狀。