什么是4D打印?
据科学美国人网站报道,麻省理工学院的实验人员正在使用智能材料调整3D印刷的理念。这些材料在研究员离开后也能自行变化。制造业上最大的突破不在于材料操作技术,而是在于材料本身。这就是“四维印刷”背后的理念——在3D印刷术上发展起来的制造业实验研究法。它不再用是塑料或金属图层面板来制造三维产品,而是采用能根据环境变化而变化的动态材料。
麻省理工学院的研究人员创造了一个平板,它在水中浸泡20分钟后可自行折叠成一个立方体。
这项新科技来自于麻省理工学院的自组装实验室, Skylar Tibbits和他的团队正在对所谓的“可编程的材料”进行试验。“研究人员用3D打印机打印出这些物质,然后观察它们在四维空间里改变形状或自动重组成新的模式。” 在将设计转化成产品时,软件,电脑和装配过程的改进使得更复杂的设计和更高程度的自动化成为可能。而Tibbits则在设想一个场景,让材料本身含有自行组装所需的信息,这样就能节省时间和金钱。他说他没必要期待发明新材料,而可以用智能的方式将已有的材料进行组合。“我的部分工作是为数字化设计编写代码。如果我们可以通过编写代码来操纵机器,为什么不能也用代码让产品实现自行装配呢?”他说。
现存的智能材料有很多,他最喜欢的是一个古老的非数字化的自动调温器。另一种智能材料就是用于支架和其他生物医学技术上的镍钛诺记忆合金。当电流通过时,它将改变形状,这使得我们能将由该材料制成的医疗设备植入人体狭小身体部位。除了金属,一些形状记忆聚合物也被称为“智能塑料”——通常用于各种小规模应用程序。他说他们会使用其中的一些材料,但不能依赖它们,因为它们很昂贵且属性已被限定。他更倾向于使用日常材料如塑料、金属和木材,并将它们以智能的方法进行结合。他们对四维印刷的设想是以不同的厚度和方位来结合和打印这些材料。这样打印出来的东西能保存更久。在彼此结合后,这些不同的材料就随环境变化做出反应,用以模仿由制动器,发动机和传感器来驱动的机器组装设备的运动。而这些汇编过程的信息已包含在材料的属性中了,如它的形状,自行组装所需的能量的多少。
他说用复合打印机来进行四维印刷更容易,如Stratasys Connex。该系统会像喷墨打印机一样吐出光敏聚合物材料,并用紫外线进行修正。我们也可以用只使用一种材料的机器进行4D打印,但将更多依靠于材料中的几何设计。四维印刷的开发更多的依赖于与对推动该技术有兴趣的企业的合作。
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