@ 2017.04.20 , 11:00
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4D打印技术:3D打印出可随热量变化而变形的物体

美国佐治亚理工学院的研究者与其他三校(新加坡科技设计大学,西安交通大学,浙江大学)合作研发了一个新型的3D打印技术,能创造随热量变化在一定范围内永久变形的物体。该成果已发表在4月12日的科学进展杂志上。

4D打印技术:3D打印出可随热量变化而变形的物体
在热水中扁平物体永久变形为曲面形状。Credit: Rob Felt

该研究团队通过打印多层形状记忆聚合物,每一层对热量变化的反应不同,实现了变形物体的打印。

美国佐治亚理工学院乔治·W·伍德拉夫机械工程学院教授Jerry Qi说道:“该方法将机械设计后处理步骤直接集成到3D打印过程中,大大简化了4D打印技术,增强了应用潜力。这使得我们可以用计算机模拟设计高分辨率的3D打印元件,打印出来后直接快速地通过简单的加热将其转化为新的形状。”

4D打印技术:3D打印出可随热量变化而变形的物体
晶格物体在热水中永久变形为原本8倍大。Credit: Rob Felt

最新的打印技术基于该团队早先的智能形状记忆聚合物(SMPs),能够记住一种形状,并在均匀加热的情况下变化为另一种设计的形状,可用于制造沿着铰链折叠的物体。


Credit: Z. Ding

Qi说道:“该方法能节省多达90%的打印时间和材料,并且完全省去了设计和制造流程的机械设计时间。”

为了证实新方法的有效性,研究团队制造了几种能在热水中快速弯曲或者伸展的物体,包括像真正的菊花在烈日底下收缩花瓣的模型花,能伸展到原始大小的8倍的晶格形状物体。


Credit: Z. Ding

新加坡科技设计大学的Zhen Ding说道:“我们室温下的合成材料中有一种十分柔软,能被设计为包含内应力,而另一种则十分坚硬。我们使用计算机模拟设计合成元件,其中坚硬的材料有固定的形状和大小,能防止设计的有内应力的柔软材料释放出来。但一旦加热之后,坚硬的材料就会软化,柔软的材料就会释放其中的压力,就引起了物体形状的巨大变化。”(话说,这是不是可以用来设计那种你懂的新型的双层玩具?)

该新型4D物体能催生大量的新产品特性,比如让产品在运输时堆叠或者卷起来,然后在使用时展开。最终,该技术能制造响应各种刺激的元件,比如温度,湿度或者光照,从而进一步制造空间结构,可展开医疗设备,机器人,玩具及各种其他的结构。


Credit: Z. Ding

新加坡科技设计大学教授Martin L. Dunn说道:“该成果最突出的贡献是大大简化了4D打印技术,能够创建高分辨率的复杂3D设计产品。该技术的应用前景十分广阔,包括生物医疗设备,3D电子以及消费产品等。这甚至为产品设计提供了新的范式,可以从一开始就设计服务中所要求的各项配置。”


Credit: Z. Ding

本文译自 techxplore,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 20+1

  1. 姑娘,喝奶
    @6 months ago
    3426987

    这不还是3d打印么?

    [14] XX [3] 回复 [0]
  2. Sigerson
    @6 months ago
    3426999

    @姑娘,喝奶: 第四维可以是任意量,不一定非得是时间

    [10] XX [2] 回复 [0]
  3. 蛋蛋的忧桑
    @6 months ago
    3427003

    不就是材料的问题嘛,热量也可以算第四维?

  4. 姑娘,喝奶
    @6 months ago
    3427005

    @Sigerson: 但他的技术不还是3d打印么,只是材料能随温度变化

  5. 七月的烟火
    @6 months ago
    3427006

    是随温度变化吧?随热量变化总感觉哪里不对

  6. 西瓜盖浇饭
    @6 months ago
    3427007

    我有个大胆的想法~

  7. 申博文
    @6 months ago
    3427013

    重点是可以打印更大的东西了,而且做出来直接是压缩好的

  8. 功夫猫
    @6 months ago
    3427020

    泡面是几D的?

  9. 3427023

    @申博文: 热水解压

  10. 朝鲜央行行长
    @6 months ago
    3427025

    额,所以我3D打印出一个冰淇淋,会随着温度变化而变化就算是4D打印?666

    [13] XX [1] 回复 [0]
  11. 巴普洛夫
    @6 months ago
    3427027

    这里的D不应该指空间维度么?
    感觉不够严谨, 什么时候一个三维世界的3D打印机可以制造四维物体了?

    而且会让人联想到各种”4D 5D动感电影“什么的

  12. 3427031

    煎蛋的毒奶。。。

  13. badTach
    @6 months ago
    3427032

    大雕萌妹,指日可待

  14. 3427044

    说这个是4D,不是偷换概念?

  15. 3427090

    打印一个从室温到37℃就会变大变硬的物体…..

  16. starsdown
    @6 months ago
    3427202

    应该说是打印个血管支架,放入位置后变大

  17. 青春期阿伯
    @6 months ago
    3427641

    adidas已经推出了4d打印鞋底的鞋款了

  18. 独坐幽冥
    @6 months ago
    3430913

    你的意思是运输这个东西还需要随身带着一车厢热水咯

  19. 3431008

    @巴普洛夫:
    所以你的冰激凌化了还可以变回去呢?

  20. 3431339

    我觉得这个称4D无可厚非啊……
    点(0D)的位置随参数a改变,能成为线(1D);
    线的位置、形状随参数b改变,能成为面(2D)
    面的位置、形状随参数c改变,能成为体(3D)
    那体的位置、形状随参数d改变能成为什么呢?

    人没有感觉第四维尺寸的能力,但这不妨碍人通过类比的方式去想象什么叫四维物体:既然把时间做第四维(参数d)可以是一种类比方式,热量为什么不行呢?

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