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。
?。?)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)逐漸打開閥門。
(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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