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什么是4D打印技术?

(一)4D打印技术是什么

很多人可能只听说过3D打印机和3D打印笔,现在又出来了一个4D打印机。

众所周之,3D打印是通过软件建模后,再运用3D材料逐层打印来构造物体,而4D打印则是直接将设计内置到物料当中,简化了从“设计理念”到“实物”的创物过程。让物体如机器般“自动”创造,不需要连接任何复杂的机电设备,4D打印颠覆了传统的造物方式。

所以,简单来讲:4D打印=3D打印+时间,这里的时间可以这样理解:就是物体外形随着时间流逝,按照期望的路径发生改变。

目前4D打印还处于实验室试验阶段,现在还只能打印出自动变形的条状物体,下一个目标是制作出可变形的片状物体,然后才是各种更加复杂的东西。

4D打印技术的来历

(二)4D打印技术的来历

在2013年2月26日美国加州洛杉矶举行的TED(科技、教育和设计)大会上,麻省理工学院建筑学院自动化实验室科学家斯凯拉•蒂比茨演示了 4D打印技术。他将一根复合材料放入水中,物体即能自动折成预先设计的形状。这种复合材料有两种核心材料组成,一种合成聚合物在水中可膨胀至超过原体积的两倍,另一种聚合物在水中可变得钢硬。

(三)4D打印涉及到的材料技术和软件

1、麻省理工学院4D打印用的复合材料由美国Stratasys公司提供的,所用材料内嵌入了改变形状的能力。4D材料与记忆金属不同。

 2、使麻省理工学院的4D打印技术得到充分运用,Autodesk公司的研发团队还设计了新软件Cyborg,可以用于自我组装和可编程的模拟材料,实现设计的优化和材料的折叠。

(四)4D打印技术的商业用途

相比3D打印技术来讲,4D打印技术的商业价值更高:

1、4D打印可以用于长期受容量固定和维护成本高昂因素困扰的地下管道系统。利用可编程的材料,每条管道都能适应变化的环境,通过扩大或缩小来调整容量和流量。管道甚至还能在受损时自行维修或在报废时分解。

2、4D打印可以用于一些病变处理。利用人体温度作为触发器,恰当地对聚合物进行设计,就可以制作出一种微型药物胶囊,当病人出现发烧和体温上升的时候,事先服用的药物才被释放出来。

近日,第四军医大学西京医院专家团队联合西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,采用4D打印技术,成功为该患儿实施复杂先天性心脏病合并双侧支气管严重狭窄手术治疗,打通生命通道。

3、4D打印可以应用于国防工业领域。4D打印生产的武器装备可根据环境和攻击目标而优化武器攻击性能,从而提高作战效能。

美国陆军部已投入大量资金开发“自适应伪装作战服”。该作战服的研究和开发如果成功,则具有以下三个方面的典型特色:

(1)隐身功能,该服装能在不同的环境下自由变换色彩,实现士兵的自适应隐身;

(2)适穿功能,根据温度的变化自动调节服装厚度和透气性,实现士兵的自适应舒适性;

(3)防弹功能,根据所受外力自动调节软服装外围硬度,平时穿着柔软如织,遇子弹袭击坚硬如钢,实现士兵的自适应保护。

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