4D打印机

　　4D打印机就是在3D打印的基础上增加时间元素，它首次是在洛杉矶举行的《科技、娱乐、设计（TED）大会》由麻省理工学院自我组装实验室的科学家斯凯拉·蒂比茨对这款产品进行了展示4D打印机。

　　一、简介

　　4D打印机就是在3D打印的基础上增加时间元素，它首次是在洛杉矶举行的《科技、娱乐、设计（TED）大会》由麻省理工学院自我组装实验室的科学家斯凯拉·蒂比茨对这款产品进行了展示4D打印机。在展示过程中，一根复合材料在水中完成了自动变形。据介绍，这根复合材料由3D打印机“打印”，所使用的原材料为一根塑料和一层能够吸水的“智能”材料。蒂比茨称：“打印过程并不是新鲜的东西，但关键是打印出来后发生的变化。”对于这一技术的运用，蒂比茨认为其能够自我变形的特性，可以让物体实现在地下管道等难以接触到的地方进行自我组装。此外，这一技术还有可能应用到家具、自行车、汽车、甚至建筑物的制造上。

　　蒂比茨正在寻找制造商与他合作，以期在这些方面进行创新。“我们在寻找必须使用到这些材料的产品……设想一下，如果水管能够自我延伸，应对不同的需求和流量，这样就能够省掉挖掘街道的步骤了。”

　　一些专家们认为，这一技术的问世可能预示着自我组装家具时代的来临。美国软件开发商、参与4D技术开发的欧特克公司正在对此进行更进一步的研究。该公司首席研究专家卡洛·奥古恩称：“想象一下这样的场景，你在宜家买到一把椅子，然后把它放到你的屋子里，关键的是，这把椅子会自我组装。”

　　奥古恩说，4D打印概念的灵感来自于生物的自我复制能力。不过，该技术初期只能“打印”自动变形的条状物体，其下一步的研究目标是“打印”片状物体，然后才是结构更加复杂的物体。

　　二、最新研究

　　在2013年十月三十日，美研究人员开发4D打印技术加工新型复合材料。

　　美国科罗拉多大学博尔德分校的研究人员已成功在其打印技术中加入第四个维度，为在制造、封装和生物医学中应用的自适应复合材料的制造和使用带来可能。

　　该研究团队由科罗拉多大学博尔德分校机械工程学院副教授H.杰里奇领导，他和其合作伙伴——来自新加坡科技设计大学的马丁·L·邓恩一起，已经开发出4D打印方法，并对其进行了测试。这些研究人员将“形状记忆”聚合纤维加入传统3D打印使用的复合材料中，从而生产出在某一种形状上的固定对象，而这一形状稍后会转化为一种新的形状。

　　前科罗拉多大学博尔德分校机械工程学院成员邓恩称，“在此工作中，由3D打印创建最初配置，然后由形状记忆纤维的编程行动创建与配置相关的时间——4D方面”。邓恩对复合材料的力学和物理学研究已超过20余年。

　　4D打印的概念最初由麻省理工学院斯凯勒·蒂比茨于2013年4月提出，允许材料“自我组装”成3D结构。蒂比茨和其团队将“智能”材料产生层与一股塑料进行结合，该“智能”材料能在水中实现“自我组装”。

　　邓恩表示，“我们通过创建复合材料推进了这一概念发展，这些复合材料可基于一种不同物理机制变形为许多不同的复杂形状。使用形状记忆聚合物纤维生成复合材料所需的形状变化的秘密在于，如何设计纤维的架构，包括其位置、方向和其他因素。”

　　科罗拉多大学博尔德分校团队的这些成果刊登在上月的《应用物理快报》杂志上。

　　杰里奇表示，“最吸引人的事情就是这些形状在设计阶段就被定义了，而这些在前几年是不可能是实现的。”

　　该团队对复合材料内纤维的方向和位置如何确定形状记忆的影响程度进行了演示，如折叠、卷曲、拉伸或扭曲。这些研究人员也演示了，通过对这些复合材料进行加热或冷却来控制这些影响的能力。

　　杰里奇称，3D打印技术已经历了30多年的发展历程。这项技术21世纪才发展到此阶段，即当目标受到热和机械推力时，活性纤维可纳入复合材料中，以便对其行为进行预知控制。

　　这项技术可为各种应用带来令人兴奋的可能性。杰里奇表示，太阳能电池或类似产品可在功能性设备可很容易地安装的平面配置中生产。随后，它将被转变为一个紧凑形状用于封装和运输。在达到目的地后，该产品将会被激活以形成一种功能可优化的不同形状。