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4D列印

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什麼是4D列印

  所謂的4D列印,準確地說是一種能夠自動變形的材料,只需將其放入水中,不需要連接任何複雜的機電設備,就能按照產品設計自動摺疊成相應的形狀。4D列印最關鍵是記憶合金。4D列印由MIT 與Stratasys教育研發部門合作研發的,是一種無需印表機器就能讓材料快速成型的革命性新技術。

4D列印的產生

  4D列印概念源於美國麻省理工大學在TED2013大會大會上發佈4D列印技術。4D列印並不是“第四維度”,按照Skylar Tibbits的概念來解釋,就是自我組裝,即材料自動變成為預設的模型,通過軟體設定模型和時間,變形材料會在指定時間之內變形為所需的形狀。

  與3D列印需要建模、掃描不同,4D列印更為智能,物料可自行創造,簡化了列印過程。

4D列印的原理

  4D列印讓快速建模有了根本性的轉變。與3D列印的預先建模然後使用物料成形並不一樣,4D列印直接將設計內置到物料當中,簡化了從“設計理念”到“實物”的創物過程。讓物體如機器般“自動”創造,不需要連接任何複雜的機電設備。為了充分應用這一新技術,Autodesk公司的研發團隊進一步設計了新軟體Cyborg,可以用於自我組裝和可編程的模擬材料,實現設計的優化和材料的摺疊。

  傳統而言,造物過程一般是,先模擬後製造,或者一邊建物一邊調整模擬效果。而通過硬體和軟體的緊密結合,4D列印顛覆了傳統的造物方式。

4D列印的流程

  4D列印的流程是這樣的:首先對材料進行編程,使其能夠對某些刺激做出反應,比如冷、熱和濕度,再把這樣的材料用3D印表機列印出來。這些物質中的粒子形成紐帶,可以,比如說,使材料列印帶將材料塑造成某種形狀。美國馬薩諸塞州技術研究實驗室總監Skylar Tibbits表示,4D列印可以生產智能產品,它可以自動適應外部變化,進行自我修複。比如,管道可以設計成能夠根據水流量進行膨脹或收縮的,或者在破裂時自我修複。自適應或自修複技術也能在災難救援或太空環境等惡劣環境中派上用場、

  雖然4D列印在實驗室中已經取得了成功,Tibbits研發出一種材料,能夠自動摺疊成箱子。但是,目前還沒有人用4D列印創造真實的產品。沒有數據能夠顯示自適應產品真正進入市場還要等待多少年,也不知道它能否取得編程中的表現。如果4D列印能夠成功,它將給建築和製造行業帶來革命性的改變,並引發大量失業。

4D列印的應用

  D列印“延續了3D列印,並添加了變形維度”。其想法是,當處於不同環境下,比如水中或者極端溫度下,3D列印出來的部件的性能可以隨之改變。博赫內克表示,防彈衣未來可能會採用4D列印技術。陸軍在過去十年中一直在努力滿足防護服的雙重需求——既有保護作用,又足夠的輕盈,不會給士兵增加負擔或限制動作。利用4D列印,科學家未來可能開發出輕薄小巧的防彈衣,便於儲存和攜帶,但也可以伸展開並提供全面的防護。

  美國麻省科技設計公司“Nervous System”於2015年10月研發出一種利用4D列印技術,製造彈性貼身布料,並列印出了全球第一件“4D裙”。該裙子就解決了不合身的問題,並且會根據穿戴者的體型情況進行自我改變。更神奇的是還可以自動變化造型。而製作該裙子的布料纖維由2279個三角形和3316個連接點相扣而成,三角形與連接點之間的拉力,可隨人體形態變化,即使變胖或變瘦,4D裙也不會不合身。

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