4D打印技術亮相:材料可自動變形

  據報道,就在全世界範圍內3D打印開始呈現熱潮,但是有關的技術和定位仍然不甚明瞭的時候,一些人卻已經開始進入下一個階段了。

  美國麻省理工學院的研究人員正在研發一種所謂“4D打印”的技術,它將可以讓大型的3D打印部件按照預先設定的結構和外觀模式自行組裝完成。這項技術的出現將有可能在未來徹底顛覆傳統的製造工業,讓製造行為在一些嚴苛的環境條件,如外太空,變得更加容易。傳統工業在外空的極端環境下將變得困難重重並且價格昂貴。

  這項技術的研發是由麻省理工學院自組裝實驗室主任斯凱勒·蒂比斯(Skylar Tibbits)領導的。4D打印技術牽涉到對特殊材料的應用,這些材料在感知到運動狀態,或是暴露於水,空氣,重力場,磁場或感知到溫度改變時會改變自身的形狀。這裡所說的第四維便是指材料的這種“自組裝行為”。

 

 

  在最近一期TED演講中,蒂比斯披露了與3D打印公司Stratasys之間合作開展的一個項目。

  他表示:“4D打印本質上其實就是利用複合材料進行的3D打印,通過這種方式你增加了一項功能,那就是變形。”他說:“這就像是機器人,只是沒有了電線和馬達。”

  蒂比斯還在現場展示了利用複合材料3D打印技術打印的材料樣品在接觸到水之後變形為“M-I-T”的字樣。蒂比斯表示這是第一次,人們將變形這一屬性內在地添加進了材料體本身之中去。研究人員使用一款特殊的Autodesk軟件來實現對所用材料如何以及何時發生變形的模擬和優化。他表示:“我們可以使用這款軟件進行納米級的微觀自組裝系統設計,也可以進行人體級別的大尺度自組裝系統設計。”

 

 

  蒂比斯還透露麻省理工自組裝實驗室正在與波士頓一家名為“Geosyntec”的公司開展合作,用於開發創新的基礎設施管路製造方案。他說:“想像一下這種新型地下水管,它可以自由的膨脹或收縮,通過這種方式來控制過水的流量和流速,或者還可以像蛇那樣通過自身的蠕動來擠壓,推動內部的水體流動。具有這種不可思議功能的管路並不昂貴,也不需要那些複雜的閥門控制系統,這是這些管路內在的,它本身所具備的性質。”

  就和傳統意義上的3D打印一樣,4D打印目前還並不成熟。然而麻省理工學院自組裝實驗室的研製人員則堅信這項技術終將帶來對生物科學,材料科學,軟件,機器人,製造業,運輸,基礎設施建設,施工,藝術甚至太空探索領域的革命性變化。





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