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一种属于未来的新型制造技术——4D打印

2022-04-12 10:23:47 SZKX 2

4D打印是指利用可编程物质,可以是水凝胶或形状记忆聚合物,由于其热机械特性和其他材料属性,这种智能材料被赋予了形状变化的属性。激活它的外界因素可以是温度、湿度、抖动、气压,也可以是力场、电磁场等。激活之后会改变材料的一些物理特性,比如形态、密度、颜色、弹性、导电性、光学特性、电磁场等三维物体。

其实4D打印的概念是在2013年由美国麻省理工提出的,麻省理工学院自组装实验室的斯凯拉·蒂比茨在TED大会上用过一个完整的实验演示跟大家阐述了相关的话题,演示中有一个绳状物体放入水中,然后自动折成了预先设计的形状,组成了MIT麻省理工的缩写。

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4D这么早被提出的原因是因为3D打印早在上个世纪八十年代就推出了,只是那个时候4D打印的技术仍处于概念阶段,所以不被大家熟知。是不是感觉还像变魔术的,但是魔术并不是真的,而4D它是真是存在的。

        4D最大的优势是计算折叠,他可以打印出比打印机更大的东西。另一个优势就是它的智能材料,可以是原先有一定初始形状,受到外界刺激之后会改变,就是做了预先连接处理。它能做到简单的折叠、卷曲伸缩变化方面,可以利用它制造一些可变形硬件类的东西。也可以想象,如果水管可以收缩或膨胀,来改变容积和流量,甚至可以自己蠕动起来传输水。这样就不需要昂贵的水泵了,这个完全可程序化的自我调节的管道,也不知道什么时候才能用上。再比如类似于在一部《毒液》影片中的“毒液”,它可以是一滩泥,还可以是很多滩泥,就算被打散了,在特定的条件下能聚散成预先设计好的结构。在现实中,它也确实逐渐的走进我们的生活,举个例子,比如阿迪达斯利用4D打印来改变穿在脚上的贴合度,从而提供更好的舒适度,再也不用经历鞋子挤脚的痛苦了,将来可能还会有一种根据天气的不同变成相应鞋,比如下雨天,变成雨鞋等。比如衣服会根据天气而变化,或者根据你的胖瘦进行调整,也就是说变胖了以前的衣服也能穿,某程度上解决了量体裁衣的问题。

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还有前几年宝马曾经展示过4D打印的概念车,想让外壳通过气流和轮拱来改变形状,并随着转向运动而弯曲,以最大程度地提高空气动力学效率,轮胎和制动器也可以能会根据路况而变化等等。这样不仅能起到防撞、防刮作用还能降低车祸的发生等等。

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在医疗上也有很大的前景,比如心脏支架、骨支架、器官支架等结构相对复杂的、个性化的、精度要求高的机构,传统的设备技术较难实现,刚好4D的出现可能做到弥补这一不足。

随着技术的完善,4D打印颠覆了传统的造物方式,建造业和制造业可能会发生巨大的改变,因为现在的社会有大量的劳动力用在了各种产品的组装上,如果有了4D打印是不是就方便了很多。比如说从商场买了一块板子,回到家就自己组装成一个椅子,就像是被赋予了生命一样。

目前4D打印还处于科学界的青春期阶段,打印精准问题可能还有待加强,不过相信,一旦各方面问题得到解决,离实际应用也是迟早的事情。

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