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4D打印技术

在尝试熟悉3D打印或增材建造的可能性和上限时,词汇表中已经出现了一个新的词语:4D打印。4D打印与数字化制造技术3D打印并无太大不同,只不过多包含了一个新的维度:瞬时。也就是说,4D打印基于受外界刺激的内在特性,可以让曾经需要准备的打印材料在当下自动进行调整、转换和移动。

麻省理工学院自组装实验室研究员,Skylar Tibbits与Stratasys和Autodesk一同合作将该概念推广开来。尽管4D打印尚且是一项新兴技术,但它有望结合生物打印在建筑、基础设施、汽车和航空乃至医疗保健等众多领域中得以运用。

4D打印技术

4D打印取决于所用材料

D打印直接创造出的物品取决于所用材料。之所以将其命名为智能材料的原因,是因为它们的特性都如研究员Anna Ploszajski在讲座中展示的那般,材料的形状、维度乃至颜色,都可以依据热量、光亮、湿度、压力和磁力等外界的刺激而发生变化,而导致变化的原因仅仅就只是因为材料本身的特性而已。

Anna表示,“如今3D材料的世界是由砖石、钢铁和玻璃等被动的材料构成。4D材料则是由所谓主动、活性的“智能材料”构成,此类材料可以结合被动材料并自动移动——根据所受刺激来膨大、收缩或弯曲,还能在缺乏机器、电子设备和发动机的情况下移动或改变形状。

智能材料

4D打印可以自我组装

4D打印立方体和4D打印八面体的细节。由于分层材料的特性,这些物体可以自我组装。引用松果来作为自然智能材料的例证。松果两层坚硬的纤维可以朝不同方向打开,从而让松果开合,保证种实只在泥土适合发芽时(即炎热干旱时)播种。在湿度过高时,松果会闭拢果壳来保护种子。这是材料工程师探索理解和复制自然中复杂的适应性、复原性和效率性的其中一个典例。同时,在仿生学的驱动下,4D打印可以将任何科技所未实现的想法物质化。

增配建材

4D打印的主要目的

4D打印的主要目的是对材料编程,让它可以依据环境参数而发生改变。但这样做有什么用处呢?在演讲中,Skylar Tibbits展示了一些正在进行中的实验。当物体受热或其他刺激时,它便会弯曲并变为其他三维形状。同时,他也提到4D打印的其他可能性。比方说,在基础设施领域,下水管道可以依据水流量调整宽窄,那么城市排水系统则可以如肠道蠕动一般,通过收缩和恢复的方式来运输污物,达到克服地形崎岖的目的。

图片智能建造

4D打印未来的发展

未来的应用方式可以体现在建筑业、制造业等先进材料行业中,这类材料可以在不经人力干预的情况下,从原材料自我转变成为最终的成品。这确实是一次大家对当下静止固态(航空、汽车、建筑业等)结构理解的彻底转变,而这在不久之后便会依据需求转变为活性、可适应及调整的结构。在复合材料科技的推动下,4D打印很可能会变革大家对材料的控制和精确编程的能力,将其从想法的概念化转变到打印的形状化。

在组织和器官再生乃至骨修复等聚合材料方面,科学家们已经开展了一些有关4D打印的重要研究。4D打印的可能性是无穷无尽的,实验的进展因此可以更进一步。试想一下,智能材料和4D打印可以对建筑围护结构提供的帮助,不仅能让它适应气候,又可应对千变万化的外界刺激。即便该项技术仍然处于摇篮之中,只有世界上为数不多的几个科学实验室钻研,它似乎能给大家带来一个充满希翼的未来。与掌握自然相比,在大家尝试去理解和效仿自然时,结果往往是为人赞叹的。如果历史展示的并非是存活下来的最强者,而是最能适应变化的改变者,那么加持着智能材料的4D打印想必是后者。

智能建造

 

 

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