3D打印方兴未艾,4D打印悄悄来袭

时间:2017-12-07 00:04:19 来源:
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原题目:3D打印方兴未艾,4D打印悄悄来袭

今天带来4D打印技术的分享。简略地说,4D打印就是用来描写合成物进行自我转变和适应环境的进程,在三维的物体上附加的第四个维度,就是时光。

4D打印是一种能够自动变形的材料,只要特定前提(如温度、湿度等),不需要衔接任何庞杂的机电装备,就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。“智能材料”是4D打印的症结。

4D printing a type of programmable matter, wherein after the fabrication process,这条宽带我承包了!还有100元话费送哦!, the printed product reacts with parameters within the environment (humidity, temperature, etc.,) and changes its form accordingly.

4D打印技术问世,放在水里“自我组装”

2013年2月25日,在美国加州举行的TED 2013大会上,来自美国麻省理工学院(MIT)的建造师,设计师跟盘算机迷信家斯凯拉·蒂比茨(Skylar Tibbits)展示了4D打印技术。这项技巧由麻省理工学院自组装试验室和3D打印公司stratasys配合开发。而斯凯拉·蒂比茨也被公以为是4D打印的发现者。

斯凯拉·蒂比茨

蒂比茨展示的4D打印过程就像是领有自我意识的机器人,科学家通过软件实现建模和设定时间后,变形材料会在指定时间自动变造成所须要的外形。在他展示的视频中,一根多串的PVC复合材料管在水中完成了主动变形。

4D打印发明出一种可能在被打印出来之后产生改变的物体,而且它们可以进行自我调剂

PVC复合材料管依照当时设计好的组装计划,缓缓变形成麻省理工学院的缩写字母“MIT”

蒂比茨认为,4D打印让疾速建模有了根天性的改变。与3D打印的预先建模、扫描、然后使用物料成形不同,4D打印直接将设计内置到物料当中,简化了从“设计理念”到“什物”的造物过程。让物体如机器般自动创造,不需要连接任何复杂的机电设备。

4D打印技术发展过程

只管在2013年美国麻省理工学院已经展示出了一个对于4D打印技术的实验,但该技术当时并未引起太大关注。始终到2014年10月8日,美国《外交》双月刊发表了一篇名为《筹备迎接4D打印革命》的文章,才让良多国家政府层面开端关注4D打印技术,尤其是以美国为首的发达国度,着手在军事、医学等领域摸索4D打印技及其在这些领域中的应用。

2015年,佐治亚理工学院(GIT)和新加坡技术大学也推出了4D打印的研讨结果,只需单一品种的刺激(比如热量),就能实现三维物体的自我折叠。下图就显示了应用智能形状记忆聚合物(SMPs)制成的4D平面在放入热水中自动变形为一个自锁破方体的过程。

4D打印变形过程

形状记忆高聚物(SMPs)是一种著名的智能材料。这种材料的特色就是可以在外界作用下变为其它形状,之后在加热等条件的刺激下还能变回原始形状。

同样是2015年,耶路撒冷希伯来大学卡萨利应用化学核心利用SLA(光固化成型)技术实现了SMPs材料的4D打印。这项成果能够实现结构的整体运动,而不是特定部位活动。研究者表示这样的技术能够应用于制作柔性机器人,微创医疗设备,传感器以及可穿着电子产品。

跟着时间推移,结构进行整体变化

2016年1月,哈佛大学发布开发出微观4D打印结构,这种新型4D结构使用一种“水凝胶墨水”,机器人将代替人吗?下一个风口在哪里?听听BAT大咖怎么说,该墨水是从一种含有木纤维的特别水凝胶复合材料中提炼萃取的。因为使用了专门的材料猜测模型,该结构会在遇水后逐步膨胀、变硬,直至完全变形为预编程的形状。

全部的3D打印过程以及变形效果

瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)更是把4D打印晋升到新的高度:他们在2017年5月展示了一种高强度的4D打印结构,最后构成的四周体结构能够蒙受必定分量。相干负责人表现,这种新型4D打印结构最大的利用范畴是航空航天。不外,它也可用到其它方面,比方透风体系、阀门开关,以及医用支架。

ETH Zurich展现的4D打印构造,星巴克首家「智慧门店」 正式亮相;汉堡王又在「玩火」了丨甲方乙方。白色部门的材料一种刚性聚合物,玄色局部的资料则是一种弹性聚合物。

2017年6月,美国乔治亚理工学院(GT)展示了一种运用于太空建设的4D打印技术。详细来说就是让尺寸较大的航天器结构(好比天线)可以先被压缩,进入太空后再借助热刺激(比如阳光)展开。这样一来,将它们发射上天就会轻易很多。

此材料可以被编程,所以研究职员能够把持由它制成的支柱按次序展开

4D打印的应用

展示了这么多4D打印的案例,你兴许会问:4D打印有哪些应用远景?我们总结了三点,分辨是军事、生物和衣饰。

1.军事

4D打印技术可使智能材料感知外光的变更,自动实现与四周环境融为一体,从而改良假装后果。美国陆军部已投入大批资金开发“自适应伪假装战服”,该服装能在不同的环境下自在变换颜色,实现士兵的自适应隐身;根据温度的变化自动调节服装厚度和透气性;以及依据所受外力自动调节软服装外围硬度,维护士兵的人身保险。

4D打印同样也可应用于大型军用设备构件。比如军用人造卫星,通过4D打印的自动展开和组装功效快捷成型帆板和天线等大型构件,将大大减少机械部件的数目和重量,下降发射军用卫星所需本钱。另外一个上风是无需人工组装,它们会自动组装成为一个成品。

2.生物医疗

生物医疗将是4D打印大显神通的主战场。由于随同着纳米技术与数字化制造在第四维空间研发的深刻,4D打印将可以进入人体内十分渺小的空间进行“工作”。心脏支架就是4D打印的一种。可通过血液轮回系统打针入4D打印的智能材料,其达到心脏指定部位后自我组装成支架。

心脏支架

3.服装

美国设计公司Nervous System在2015年展示了一种应用4D打印技术制造的连衣裙Kinematics Dress。连衣裙是由3316个铰链连接的2279个奇特的三角形面板组成的复杂结构,三角形与连接点之间的拉力,可随人体形态变化,即便变胖或变瘦,连衣裙也不会分歧身。

4D打印服装

通过计算机软件,连衣裙的数字化模型被折叠成一个更小的形状,而后打印出来的是紧缩的状态。当人们把裙子从打印机上拿下来后,它就会自动恢复预设的形状。在中国3D打印文明博物馆内,也珍藏有一件4D打印连衣裙。

连衣裙在打印中呈压缩状况,打印完成后可完整开展

4D打印的创造人蒂比茨领头研发了一种可以自动变形的鞋子,这种鞋子采取的是一种半透明、质轻、高度可塑的材料,可给予鞋子极致的美感。这种材料可以根据人类的脚进行重构,自动准确符合人类的脚型。

4D打印鞋子

3D打印方兴未艾,4D打印也受到了社会各界的关注。尽管目前的4D打印技术大多都处于早期研发阶段,但却已展示出了潜在应用价值。咱们会连续关注4D打印,为你带来第一时间的前沿报道。

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