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摆脱固化状态 4D打印让物体灵动起来

伟大的事业终归源于不懈地努力和默默地付出。在经过了反复钻研和不断探索之后,我国4D打印技术研发取得了新进展。

据悉,中国科学院福建物质结构研究所、中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室吴立新团队在科技部国家重点研发计划重点专项和海西研究院“一三五”重点培育项目的支持下,首次报道具有永久形状可重构性的4D打印形状记忆聚合物。

大家都知道,3D打印是指我们构建一个3D的数字化模型,通过一层一层材料堆积的方式,构建一个三维的结构材料。4D打印一般是指用于3D打印的材料,在水、电、光、热等一定条件的刺激下,发生可以编程的自主变形。

与3D打印相比,4D打印增加的就是时间维度。客观地讲,4D打印所具有的优势也十分明显。首先,在打印薄壁结构或格子结构时,4D打印可以最大限度地节省材料、缩短制作时间。其次,4D打印技术是将3D打印技术与智能材料结构结合起来发展出的新技术,4D打印技术可改变传统的“机械传动+电机驱动”的模式,使物体在人体器官、地下管道、航天器等难以接触到的地方进行自我组装。

而4D打印产品制造的实现,离不开相应的材料。通常来看,当前4D打印的材料主要集中在高分子材料上,比如水凝胶、光敏树脂材料。就光敏树脂材料而言,这种智能材料在不同的压力、光照、温度或磁场触发条件下,可以呈现出不同的形态。借助这种材料打印一朵梅花,当遇到热水时,梅花会收缩合上。一旦遇冷,梅花又会重新开放。

一旦4D打印技术走进应用生产,人们的生活将会产生质的变化。换言之,人们可以真正实现自定义设计和自主化生产。例如,如果要建造一间屋子,人们只要借助打印机打印一堆材料放在某种特定因素下(如光、温度、磁场等),过一段时间一间房屋就能自主组装而成。当然,如果人们对这间房屋的结构感到厌烦时,还可以通过施加不同强度的外界因素,使房屋自我改装成其他结构,这听起来是不是很神奇呢?

4D打印在服装鞋帽领域的应用,已经掀起了一场时尚新潮流。早在2017年4月,阿迪达斯就带来了一项重大的科技Digital Light Synthesis,发布了首个应用该科技的adidas4d鞋,即跑鞋 Futurecraft 4D。相比于一般的3D打印技术,Digital Light Synthesis不仅具有更快地制作速度和更大地制作规模,还具有更好的品控以及更多材料、色彩的选择。

目前,4D打印还停留在实验研究阶段,并没有走向大规模生产应用。不过,4D打印的一些概念性设计已经被研究人员提出并被被用在不同的领域。在航空航天领域,4D打印展开式太阳能板等拥有较大应用的实用价值。

当有太阳照射时,太阳能板能自己展开并吸收太阳能;当太阳消失时,它又恢复到原先的收缩状态。在生物医疗领域,4D打印的人工心脏能够实现自主跳动,在技术成熟得到推广应用之后,就可以帮助心衰病人获得新生。

4D打印,像是一棵刚刚萌芽的小树苗,在破土而出之际努力吸收来自露水和阳光的能量。相信在不远的将来,4D打印这棵小树苗将长成参天大树。

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