4D打印,實現(xiàn)物體“自我組裝”

時間:2021-11-08

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導(dǎo)語:從產(chǎn)品模型、建筑模型、仿真器官到航空部件、可口食品,從工業(yè)打印到桌面打印,正當(dāng)大家還在暢談著3D打印走入家庭應(yīng)用的場景時,一項更為神奇的打印技術(shù),4D打印已在路上。

  從產(chǎn)品模型、建筑模型、仿真器官到航空部件、可口食品,從工業(yè)打印到桌面打印,正當(dāng)大家還在暢談著3D打印走入家庭應(yīng)用的場景時,一項更為神奇的打印技術(shù),4D打印已在路上。

  除了擁有3D打印的“長寬高”立體三維空間之外,4D打印還新增加了一個維度,叫做“時間”,這就表示4D打印出來的東西,不再只能以固定的形態(tài)存在,而是可以根據(jù)設(shè)定的時間,在一定條件的觸發(fā)下,自動發(fā)生形狀的改變。

  我們今天所熟知的關(guān)于4D打印技術(shù)最為直觀的理解,即是4D打印的發(fā)起者,麻省理工學(xué)院建筑系講師斯凱拉?蒂比茨曾經(jīng)在TED大會上的一次展示。將兩根4D打印出來并帶有鉸鏈的圓柱,放到水中之后就發(fā)生了不可思議的變化。

  當(dāng)然我們?nèi)绻皇菑拇蛴〕鰜淼膱A柱條表面進行觀察,并沒有什么獨特之處,或者說也只是一根非常平凡的打印材料。而這根材料被放置于水中之后就發(fā)生的神奇的變化,材料自動的慢慢卷曲、變形,然后自動形成了“MIT”(麻省理工)的字樣。

  另外一個實驗則同樣是一根細(xì)長的圓形材料,當(dāng)放在水中之后,材料似乎被賦予了生命般的立了起來。不僅如此,該材料還在水中繼續(xù)演變、折疊,最終自動組裝成了一個立方體。值得注意的是由于整個變化過程完全沒有人工的參與,看起來就像是材料擁有了自我意識,這也就是4D打印的神奇之處。

  當(dāng)然,實現(xiàn)4D自我組裝的關(guān)鍵并不在打印本身,更重要的核心則是材料。麻省理工關(guān)于4D打印的試驗所采用的材料分為兩種,一種是高分子聚合物,在水中可以延展到自己原來長度的兩倍;另外一種材料則可以在水中保持固定。

  在通過預(yù)先打印的模型設(shè)計中就設(shè)定時間的觸發(fā)介質(zhì),也就是該種材料一旦遇到水之后就被觸發(fā),其延展性所構(gòu)成的部分就會自動變形,和固定的部分一起,就自動組裝成了之前設(shè)計好的形狀。當(dāng)然觸發(fā)材料不限于水。

  因此,我們可以比較直觀的理解4D打印的神奇之處,也就是說它是在原有3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)上,使用了一種自動變形材料,使用者可以通過軟件完成建模,將想要的組裝性狀輸入材料中,之后通過一種觸發(fā)介質(zhì),變形材料就會按照預(yù)先的設(shè)定完成自我組裝。或許未來的觸發(fā)介質(zhì)并且不來自于外部,而是在打印的過程中直接賦予在材料內(nèi)部進行觸發(fā)。

  4D打印所帶來的意義非常深遠(yuǎn),不僅是對制造業(yè)生態(tài)鏈的影響,更是對商業(yè)生態(tài)鏈的影響。也就是將后期組裝或者成型的結(jié)果預(yù)先在前期模型中進行設(shè)定,然后在需要的時間范圍內(nèi)通過外在介質(zhì)觸發(fā)讓打印出來的物體進行自我組裝。

  當(dāng)然未來不僅是自我組裝,還將演變成類似于自我制造的形式?;蛘呶覀円部梢岳斫鉃?,所謂的4D打印就是將一種記憶智慧植入到材料之中,在介質(zhì)的作用下觸發(fā)其記憶并實現(xiàn)組裝。


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