3D不再新鮮，4D打印才是通向未來的技術(shù)突破？

極客網(wǎng)11月16日 3D打印作為最有發(fā)展前途的技術(shù)之一，已經(jīng)在一些行業(yè)中得到應(yīng)用，例如生物醫(yī)藥和建筑等行業(yè)都從3D打印技術(shù)中受益匪淺。 

事實(shí)上，3D技術(shù)如今已經(jīng)不再是新鮮事物。全球各地的工程師和研究人員都在試圖為3D打印增加一個(gè)維度。隨著技術(shù)的進(jìn)步，該行業(yè)正在開發(fā)新的應(yīng)用、新材料和新的3D打印機(jī)。隨著這些技術(shù)的發(fā)展和成熟，4D打印技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。

什么是4D打印，其工作原理是什么? 

4D是3D技術(shù)的進(jìn)一步的突破。4D打印在3D技術(shù)的基礎(chǔ)上增加時(shí)間這個(gè)變量。4D打印件能夠適應(yīng)環(huán)境并與其相互作用。4D打印具有在溫度、光線或其他環(huán)境刺激等外部能量的影響下將自身轉(zhuǎn)化為另一種結(jié)構(gòu)的能力。它允許物體在沒有人為干預(yù)的情況下自主地修改其形狀。 

有了提供的這些功能，4D打印在某些情況下能夠自我構(gòu)建和修復(fù)。4D技術(shù)的革命在醫(yī)療、土木工程、建筑等行業(yè)開辟了一個(gè)充滿機(jī)遇的全新世界。創(chuàng)建的4D打印設(shè)備將能夠?qū)囟?、壓力、濕度變化等環(huán)境變化做出反應(yīng)，并相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。

一些具有發(fā)展前景的4D打印技術(shù)場景 

（1）柔韌的花瓣

佐治亞理工學(xué)院已經(jīng)成功地開發(fā)出一種花朵狀的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是3D打印的花瓣，能夠根據(jù)溫度變化調(diào)整形狀。科學(xué)家使用了張拉整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行打印，這是一種基于在連續(xù)張拉的網(wǎng)絡(luò)中使用孤立的壓縮組件的結(jié)構(gòu)。開發(fā)的打印材料在65℃時(shí)與水發(fā)生反應(yīng)，盡管受到壓縮，但仍能達(dá)到預(yù)期狀態(tài)。由于其輕量化和耐用性，該系統(tǒng)可以拆卸或簡化其結(jié)構(gòu)。 

哈佛大學(xué)威斯生物工程研究所的研究人員正在開發(fā)一種叫做水凝膠的特殊材料。這種花朵狀的結(jié)構(gòu)會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而改變形狀。4D花類似于花朵的微觀結(jié)構(gòu)，使其能夠根據(jù)溫度、濕度等改變形狀。 

（2）NASA的網(wǎng)狀鋼結(jié)構(gòu)

西班牙工程師Raul Pulido Casillas在4D打印技術(shù)的幫助下，為美國國家航空航天局(NASA)開發(fā)了類似金屬絲網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是由互相連接的鋼絲組成的，結(jié)合了熱調(diào)節(jié)編程，顯著加強(qiáng)了材料的性能。由于該結(jié)構(gòu)具有在外部反射熱量和在內(nèi)部保存熱量的能力，因此可以用于制造宇航服或者是飛船上的涂覆材料。 

（3）改變形狀的衣服

麻省理工學(xué)院助理教授Skylar Tibbits開發(fā)的自組裝打印實(shí)驗(yàn)室正在研究4D打印技術(shù)的潛在應(yīng)用。Tibbits一直在與Autodesk公司合作，研究3D打印結(jié)構(gòu)及其打印后的行為。該實(shí)驗(yàn)室正在研發(fā)一種能根據(jù)天氣或活動(dòng)改變結(jié)構(gòu)的服裝。例如，當(dāng)穿著普通鞋子的人開始跑步時(shí)，可以改變鞋子的形狀，從而提供舒適性和支撐性。 

（4）4D打印水閥

澳大利亞伍倫貢大學(xué)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在打印水凝膠墨水的幫助下開發(fā)了4D打印水閥。水凝膠墨水具有對高溫快速反應(yīng)的特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)的水閥在熱水注入時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，在溫度下降時(shí)逐漸打開閥門。 

（5）生物醫(yī)學(xué)中的血管支架

隨著4D打印技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)界已經(jīng)將其用于生物醫(yī)學(xué)目的。血管支架是使用4D打印技術(shù)為患者量身定制的醫(yī)療器械。當(dāng)患者的心血管出現(xiàn)問題時(shí)，植入體內(nèi)的血管支架會(huì)根據(jù)體溫的變化產(chǎn)生反應(yīng)并且膨脹。

4D打印現(xiàn)在是一個(gè)正在開發(fā)和研究的新技術(shù)，它需要更多的發(fā)展才能廣泛應(yīng)用。雖然4D打印還處于起步階段，但當(dāng)這種技術(shù)發(fā)展成熟并得到廣泛應(yīng)用時(shí)，人類社會(huì)可以從中受益匪淺，而這可能會(huì)對傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。

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