3D打印作為最有前途的技術(shù)之一，已經(jīng)在生物醫(yī)藥、建筑等領(lǐng)域得到應(yīng)用，這些領(lǐng)域都受益于3D打印技術(shù)。其實(shí)，3D技術(shù)如今已經(jīng)不是什么新鮮事了。世界各地的工程師和研究人員都在嘗試增加3D打印的維度。隨著技術(shù)的發(fā)展，該行業(yè)開(kāi)發(fā)了新的應(yīng)用、新材料和新的3D打印機(jī)。隨著這些技術(shù)的發(fā)展和成熟，4D打印技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。

　　什么是4D打印，它是如何工作的？

　　4D是3D技術(shù)的新突破。4D打印在3D技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了時(shí)間的變量。4D打印部件可以適應(yīng)環(huán)境并與之互動(dòng)。4D打印能夠在溫度、光線或其他環(huán)境刺激等外部能量的影響下，將自身轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)。它允許對(duì)象在沒(méi)有人為干預(yù)的情況下獨(dú)立修改它們的形狀。

　　借助這些可用功能，4D打印在某些情況下能夠自行構(gòu)建和修復(fù)。4D技術(shù)革命為醫(yī)療保健、土木工程、建筑等領(lǐng)域開(kāi)辟了一個(gè)充滿可能性的全新世界。創(chuàng)建的4D打印設(shè)備能夠?qū)Νh(huán)境變化做出反應(yīng)和適應(yīng)，例如溫度、壓力和濕度的變化。

　　4D打印技術(shù)的一些有前途的場(chǎng)景

　　(1)靈活的花瓣

　　佐治亞理工學(xué)院成功開(kāi)發(fā)出一種花狀結(jié)構(gòu)，其3D打印花瓣可根據(jù)溫度變化調(diào)整形狀。研究人員使用張拉整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行印刷，該結(jié)構(gòu)基于在連續(xù)拉伸的網(wǎng)絡(luò)中使用隔離的壓縮組件。開(kāi)發(fā)的印刷材料在65°C時(shí)與水發(fā)生反應(yīng)，盡管經(jīng)過(guò)按壓仍能達(dá)到所需的狀態(tài)。由于重量輕且耐用，系統(tǒng)可以拆卸或簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。

　　哈佛大學(xué)維斯生物工程研究所的研究人員正在開(kāi)發(fā)一種名為水凝膠的特殊材料。這種花狀結(jié)構(gòu)會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而改變形狀。4D花朵類(lèi)似于花朵的微觀結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)溫度、濕度和其他影響改變形狀。

　　（2）NASA網(wǎng)狀鋼結(jié)構(gòu)　　西班牙工程師RaulPulidoCasillas使用4D打印技術(shù)為NASA開(kāi)發(fā)了一種金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由相互連接的鋼絲制成，具有溫度控制程序，可顯著改善材料的性能。由于這種結(jié)構(gòu)可以將外部的熱量反射并保持在內(nèi)部，因此可以用來(lái)制作宇航服或航天器上的涂層材料。

　　(3)會(huì)變形的衣服

　　由麻省理工學(xué)院助理教授SkylarTibbits開(kāi)發(fā)的自組裝打印實(shí)驗(yàn)室，研究4D打印技術(shù)的可能應(yīng)用。Tibbits一直與Autodesk合作研究3D打印結(jié)構(gòu)及其打印后的行為。該實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的服裝會(huì)根據(jù)天氣或活動(dòng)改變其結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)穿著普通鞋子的人開(kāi)始跑步時(shí)，可以改變鞋子的形狀以提供舒適和支撐。

　　(4)4D打印水閥

　　澳大利亞臥龍崗大學(xué)的一組研究人員使用印刷水凝膠墨水開(kāi)發(fā)了一種4D打印水閥。水凝膠墨水的特性對(duì)高溫反應(yīng)迅速，其設(shè)計(jì)的水閥在注入熱水時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，并在溫度下降時(shí)逐漸打開(kāi)閥門(mén)。

　　(5)生物醫(yī)學(xué)中的血管支架

　　隨著4D打印技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)界將其用于生物醫(yī)學(xué)目的。血管支架是采用4D打印技術(shù)為患者定制的醫(yī)療器械。當(dāng)患者的心血管出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，植入體內(nèi)的血管支架會(huì)響應(yīng)體溫的變化并擴(kuò)張。

　　4D打印是目前正在開(kāi)發(fā)和研究的一項(xiàng)新技術(shù)，需要進(jìn)一步發(fā)展才能廣泛應(yīng)用。盡管4D打印仍處于起步階段，但隨著這項(xiàng)技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，人類(lèi)社會(huì)將受益匪淺，這將對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。

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