在2015国际消费类电子产品展览会(CES)上,美国“神经系统”设计工作室推出了一款用4D技术打印出的运动学连衣裙。这款裙子有3212个“零件”,用4709个“接环”连接在一起,一经推出便引起人们对4D打印技术的关注。
3D打印方兴未艾,4D打印作为最新的技术,发展现状及前景如何?赛迪智库研究显示,受当前3D打印机、3D打印材料以及技术成熟程度等因素影响,4D打印目前还停留在研发和试验阶段,尚不具备大规模应用的可能。但我国相关研究机构同样需要积极布局,并行跟进这项有着广阔应用前景的技术。
4D打印产品惊艳亮相
真空中放置的平板,受外力刺激后会自动“变形”成沙发;地下管道可以随着外部环境变化而扩大或缩小,以调整容量和流量,甚至还能在受损时自行维修或在报废时分解……这些似乎只有在动画片中才能见到的魔幻情景,借助4D打印技术将变为现实。
2013年年初,美国麻省理工学院自组装实验室主任斯凯拉·蒂比茨公开展示了4D打印的技术成果——将一根看似普通的材料部件(线条)放入水中,随着时间的变化,线条在没有任何外接设备参与的情况下,经过一系列的盘曲折叠,最终形成了一个正四面体。
蒂比茨解释说,他是通过在材料部件中嵌入预设编码程序,使之按照预先设定的结构和外观模式自行组装完成。
专家表示,与传统的3D打印技术相比,4D打印技术在其基础上引入了第四维,即指产品被制造后仍能在特定时间改变形状和功能,实现自我组建,从而使产品具有“自组织”功能和动态演变能力。具体来说,4D打印是在3D打印过程中采用“自我变形”材料,在计算机辅助设计的导引下,经过层层堆积生成零部件的加工工艺,被打印物体可以随着时间的推移而在形态上发生变化。
事实上,4D打印基本沿袭了3D打印的工艺原理,只是在所采用的打印材料上进行了创新,即在3D打印的概念中加入了时间元素,从而由过去的三维立体打印扩展为四维打印。
在对4D打印技术持乐观态度的人士看来,这项技术将是一项“左右世界未来制造业发展”的革命性技术突破,有可能彻底颠覆传统的制造业;而保守者则认为,4D打印还只停留在概念领域,目前看不出其工业价值。
应用前景广阔
“虽然4D打印尚处于试验阶段,但作为一项颠覆性技术,它将创造出"可被编程的世界",将对传统制造业产生革命性影响。”“神经系统”设计工作室创意主管杰茜卡·罗森克兰茨说,未来这项技术将具有广阔的应用前景。
赛迪智库研究显示,4D打印可以利用可编程材料制造带有传感特点的复合材料,生产根据环境动态演变的产品。例如,把可以改变对电磁波反映特性的纳米材料嵌入到打印对象中,当遇到不同的可见光,材料的颜色随之改变,具有显著的自我感应能力。
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