3D不再新鲜，4D打印才是通向未来的技术突破？

生活极客网 2022-11-16 14:38

极客网11月16日 3D打印作为最有发展前途的技术之一，已经在一些行业中得到应用，例如生物医药和建筑等行业都从3D打印技术中受益匪浅。

事实上，3D技术如今已经不再是新鲜事物。全球各地的工程师和研究人员都在试图为3D打印增加一个维度。随着技术的进步，该行业正在开发新的应用、新材料和新的3D打印机。随着这些技术的发展和成熟，4D打印技术已经成为现实。

什么是4D打印，其工作原理是什么?

4D是3D技术的进一步的突破。4D打印在3D技术的基础上增加时间这个变量。4D打印件能够适应环境并与其相互作用。4D打印具有在温度、光线或其他环境刺激等外部能量的影响下将自身转化为另一种结构的能力。它允许物体在没有人为干预的情况下自主地修改其形状。

有了提供的这些功能，4D打印在某些情况下能够自我构建和修复。4D技术的革命在医疗、土木工程、建筑等行业开辟了一个充满机遇的全新世界。创建的4D打印设备将能够对温度、压力、湿度变化等环境变化做出反应，并相应地进行调整。

一些具有发展前景的4D打印技术场景

（1）柔韧的花瓣

佐治亚理工学院已经成功地开发出一种花朵状的结构，其特点是3D打印的花瓣，能够根据温度变化调整形状。科学家使用了张拉整体结构进行打印，这是一种基于在连续张拉的网络中使用孤立的压缩组件的结构。开发的打印材料在65℃时与水发生反应，尽管受到压缩，但仍能达到预期状态。由于其轻量化和耐用性，该系统可以拆卸或简化其结构。

哈佛大学威斯生物工程研究所的研究人员正在开发一种叫做水凝胶的特殊材料。这种花朵状的结构会随着环境温度的变化而改变形状。4D花类似于花朵的微观结构，使其能够根据温度、湿度等改变形状。

（2）NASA的网状钢结构

西班牙工程师Raul Pulido Casillas在4D打印技术的帮助下，为美国国家航空航天局(NASA)开发了类似金属丝网的结构。该结构是由互相连接的钢丝组成的，结合了热调节编程，显着加强了材料的性能。由于该结构具有在外部反射热量和在内部保存热量的能力，因此可以用于制造宇航服或者是飞船上的涂覆材料。

（3）改变形状的衣服

麻省理工学院助理教授Skylar Tibbits开发的自组装打印实验室正在研究4D打印技术的潜在应用。Tibbits一直在与Autodesk公司合作，研究3D打印结构及其打印后的行为。该实验室正在研发一种能根据天气或活动改变结构的服装。例如，当穿着普通鞋子的人开始跑步时，可以改变鞋子的形状，从而提供舒适性和支撑性。

（4）4D打印水阀

澳大利亚伍伦贡大学的一个科学家团队在打印水凝胶墨水的帮助下开发了4D打印水阀。水凝胶墨水具有对高温快速反应的特点，其设计的水阀在热水注入时自动关闭，在温度下降时逐渐打开阀门。

（5）生物医学中的血管支架

随着4D打印技术的发展，医学界已经将其用于生物医学目的。血管支架是使用4D打印技术为患者量身定制的医疗器械。当患者的心血管出现问题时，植入体内的血管支架会根据体温的变化产生反应并且膨胀。

4D打印现在是一个正在开发和研究的新技术，它需要更多的发展才能广泛应用。虽然4D打印还处于起步阶段，但当这种技术发展成熟并得到广泛应用时，人类社会可以从中受益匪浅，而这可能会对传统制造业产生革命性的影响。

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