目前3D打印技術(shù)已經(jīng)非常普及,而4D打印就是在三個(gè)維度的立體空間中進(jìn)行的3D打印再增加一個(gè)時(shí)間維度,使打印的物體能夠隨時(shí)間的延續(xù)按照預(yù)先設(shè)計(jì)的要求發(fā)生外型和結(jié)構(gòu)的變化,最終形成所需要的物體。4D打印技術(shù)屬于世界最前沿,目前世界上只有為數(shù)不多的科研團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行前瞻性研究,瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)工程設(shè)計(jì)與計(jì)算實(shí)驗(yàn)室發(fā)布消息稱,依據(jù)他們提出的4D打印設(shè)計(jì)原理,可以精確的控制預(yù)先用3D打印技術(shù)在平面打印完成的物體的變形過(guò)程,最終獲得預(yù)先設(shè)計(jì)的具有一定強(qiáng)度和剛度的三維結(jié)構(gòu),這在世界上還屬首次。 該科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種計(jì)算機(jī)模擬軟件,其核心是設(shè)計(jì)出一種特殊的樞紐單元,它由一個(gè)固定(剛性)的部件和一個(gè)可移動(dòng)(彈性)的部件構(gòu)成,具有多種穩(wěn)定狀態(tài)。由這種樞紐單元可組合成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu),并因?yàn)楦鱾€(gè)單元具有有限幾種穩(wěn)定狀態(tài),可根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的目標(biāo)結(jié)構(gòu)對(duì)其變形的過(guò)程進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)。
科研人員已應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的3D打印設(shè)備在平面上一次打印出一個(gè)作為驗(yàn)證原理用的樣品,其樞紐單元具有兩種穩(wěn)定的狀態(tài),其主體結(jié)構(gòu)(固定部件)用塑性高聚物為材料,可移動(dòng)部分用彈性高聚物為材料,對(duì)所獲得的這種具有平面結(jié)構(gòu)的樣品用手工調(diào)整其樞紐單元的狀態(tài)后可形成各種不同的立體結(jié)構(gòu)??蒲腥藛T稱,正在對(duì)結(jié)構(gòu)變形的過(guò)程設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膭?dòng)力裝置,如氣壓裝置或者應(yīng)用在不同濕度環(huán)境中具有膨脹性能的材料,完成結(jié)構(gòu)的自動(dòng)變形過(guò)程。
4D打印具有非常廣闊的應(yīng)用前景,比如用3D技術(shù)在平面上制作部件,到特定使用現(xiàn)場(chǎng)再使其展開(kāi)成最終所需的結(jié)構(gòu)和形狀,技術(shù)簡(jiǎn)單、效率高,體積小便于運(yùn)輸。航空航天領(lǐng)域可能是4D打印最先得到應(yīng)用的領(lǐng)域(這種原理在航天技術(shù)上已經(jīng)有所應(yīng)用,如航天領(lǐng)域的許多工具,在向空間發(fā)射運(yùn)送階段是處于緊湊狀態(tài),到達(dá)航天器后再展開(kāi)投入使用),再如醫(yī)療領(lǐng)域的植入人體器官的各種支架等。
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