3D不再新鮮，4D打印才是通向未來的技術突破？

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

事實上，3D技術如今已經(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打印增加一個維度。隨著技術的進步，該行業(yè)正在開發(fā)新的應用、新材料和新的3D打印機。隨著這些技術的發(fā)展和成熟，4D打印技術已經(jīng)成為現(xiàn)實。

什么是4D打印，其工作原理是什么? 

4D是3D技術的進一步的突破。4D打印在3D技術的基礎上增加時間這個變量。4D打印件能夠適應環(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)構的能力。它允許物體在沒有人為干預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建和修復。4D技術的革命在醫(yī)療、土木工程、建筑等行業(yè)開辟了一個充滿機遇的全新世界。創(chuàng)建的4D打印設備將能夠?qū)囟取毫?、濕度變化等環(huán)境變化做出反應，并相應地進行調(diào)整。

一些具有發(fā)展前景的4D打印技術場景 

（1）柔韌的花瓣

佐治亞理工學院已經(jīng)成功地開發(fā)出一種花朵狀的結(jié)構，其特點是3D打印的花瓣，能夠根據(jù)溫度變化調(diào)整形狀?？茖W家使用了張拉整體結(jié)構進行打印，這是一種基于在連續(xù)張拉的網(wǎng)絡中使用孤立的壓縮組件的結(jié)構。開發(fā)的打印材料在65℃時與水發(fā)生反應，盡管受到壓縮，但仍能達到預期狀態(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。 

哈佛大學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)構會隨著環(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，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

西班牙工程師Raul Pulido Casillas在4D打印技術的幫助下，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。該結(jié)構是由互相連接的鋼絲組成的，結(jié)合了熱調(diào)節(jié)編程，顯著加強了材料的性能。由于該結(jié)構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

麻省理工學院助理教授Skylar Tibbits開發(fā)的自組裝打印實驗室正在研究4D打印技術的潛在應用。Tibbits一直在與Autodesk公司合作，研究3D打印結(jié)構及其打印后的行為。該實驗室正在研發(fā)一種能根據(jù)天氣或活動改變結(jié)構的服裝。例如，當穿著普通鞋子的人開始跑步時，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的一個科學家團隊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的特點，其設計的水閥在熱水注入時自動關閉，在溫度下降時逐漸打開閥門。 

（5）生物醫(yī)學中的血管支架

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

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

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