4D打印機

　　4D打印機就是在3D打印的基礎(chǔ)上增加時間元素，它首次是在洛杉磯舉行的《科技、娛樂、設(shè)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(chǎn)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(chǔ)上增加時間元素，它首次是在洛杉磯舉行的《科技、娛樂、設(shè)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(chǎn)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(jù)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(guān)鍵是打印出來后發(fā)生的變化。”對于這一技術(shù)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(shù)還有可能應(yīng)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(chǎn)品……設(shè)想一下，如果水管能夠自我延伸，應(yīng)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(shù)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(shù)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(guān)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(shù)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(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)中加入第四個維度，為在制造、封裝和生物醫(yī)學中應(yīng)用的自適應(yīng)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(lǐng)導，他和其合作伙伴——來自新加坡科技設(shè)計大學的馬丁·L·鄧恩一起，已經(jīng)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(chǎn)出在某一種形狀上的固定對象，而這一形狀稍后會轉(zhuǎn)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(guān)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(jié)構(gòu)。蒂比茨和其團隊將“智能”材料產(chǎn)生層與一股塑料進行結(jié)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(shè)計纖維的架構(gòu)，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(yīng)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(shè)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(nèi)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(shù)已經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程。這項技術(shù)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(shù)可為各種應(yīng)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(chǎn)品可在功能性設(shè)備可很容易地安裝的平面配置中生產(chǎn)。隨后，它將被轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€緊湊形狀用于封裝和運輸。在達到目的地后，該產(chǎn)品將會被激活以形成一種功能可優(yōu)化的不同形狀。