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4D 打印正在彻底改变打印世界

就在不久前,3D 打印还是新出现的东西。现在,4D 打印这个词成为头条新闻,再次扩展了我们的概念化能力。要了解 4D 打印,有助于更好地熟悉 3D 打印。

一串六边形形状,以便在其上形成一个像六边形边一样填充的球

但首先:什么是 3D 打印?

3D 打印最初是由 Charles Hull 于 1984 年开发的。然而,直到 2007 年,除了企业和街区里的一个超级技术邻居之外,其他任何人都可以使用使用灯丝而不是墨水的 3D 打印机。那是因为他们最终在那个时候成为了家庭用户负担得起的。从那时起,与大多数技术一样,3D 打印机变得更小、更快、更便宜且用途更广泛。

第一台 3D 打印机速度很慢,需要在 12 小时内精心制作一个字母或一个小雕像。现在我们正在打印 3D 房屋、替换零件、室内设计件、家具等等。

一块高兴的木头,然后从碎片中取出一头完全成型的木象

什么是4D打印?

简而言之,4D 打印将 3D 打印扩展为具有时间或与时间相关的第四维度。这意味着第四个“D”允许产品随着时间的推移而改变形状。

这个额外的组件将创造印刷机会的指数增长。该潜力的一小部分来自过程本身。但在很大程度上,这是由于一旦技术制定出来将使用 的材料。

这些材料将具有生命力,对周围环境中的元素做出反应。虽然 3D 打印是刚性的,但 4D 将在没有机械系统的情况下为最终产品带来运动。这基本上意味着 4D 打印中使用的智能材料将能够响应热、光、压力和其他外部刺激的波动,同时仍然具有 3D 打印引入的固体成分的基础。

通过 4D 打印,这个六边形物体能够移动

4D打印是如何工作的?

这个过程是自然的反映。想象一下植物如何响应天气变化,例如下雨时花朵关闭或季节变化时释放种子。由此,您将更好地了解 4D 打印材料的响应能力。

4D 打印的应用广泛而多样。在建筑领域,它可用于制造刚性但灵活的管道,这些管道在高水流压力下膨胀并根据需要收缩。它可以为任何东西提供材料,从汽车到火箭再到假肢。

还记得那些大约四分之一大小但一旦浸入水中就会长出来的脱水毛巾和毛巾吗?现在想象它最初是 4D 打印的。如果它是 3D 打印的,它将保持刚性 3D 形式。但作为 4D 打印的物体,它具有对热水等刺激做出反应的能力,就像正在生长的毛巾一样。

“这确实是我们对结构理解的根本转变,到目前为止,结构仍然是静态和僵化的(航空航天、汽车、建筑行业等),并且很快就会变得动态、可适应和可调整以适应按需性能, ”麻省理工学院自组装实验室的 Skylar Tibbits 说。“通过多材料技术增强的 4D 打印可能会彻底改变我们控制和精确编程材料的能力,从构思概念到打印形状变化的转换。”

单根碳纤维多角度卷曲

4D打印有什么可能?

该技术有望在应对气候变化和制造废料方面发挥作用。与 3D 打印一样,4D 基本上产生零浪费。由于打印是由软件控制的,命令提示符中的即时调整意味着不会有大量的原型填满垃圾填埋场。换句话说,设计更改发生在击键中,而不是造成物理浪费。

除了打印设计的效率之外,4D 打印中使用的材料还提供了更清洁、更可持续的选择。天空是材料选择的极限。少数致力于开发系统的实验室甚至没有完全掌握这些可能性。

然而,考虑到 3D 技术自推出以来相对较快的进步,考虑 4D 技术可能带来的结果是有希望的。这可能意味着使用完全天然的材料,依靠回收的成分。这也可能意味着建造任何东西,从拯救生命的医疗用品到没有塑料的桥梁。

该技术仍处于起步阶段,但考虑的可能性令人着迷。我们正在展望未来,人造静脉可以扩张和收缩,管道破裂时会自行修复,并且能够制造出能够响应脚部运动的鞋子。4D 打印是在外太空甚至地球偏远地区打印的可行解决方案。

该技术还将为打印机提供更大的灵活性。我们目前受到打印机尺寸的限制,通过 4D 打印,产品可以打印成小尺寸,并在现场设置成最终形状。这为可扩展的椅子、可插入人体并编程为在正确位置打开一次的支架以及应急住房的解决方案 打开了大门。

尽管听起来很未来,但 4D 打印很可能会以我们仍在尝试想象的方式成为我们日常生活的一部分。

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