4D打印,真的吗?

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4D打印TED演讲虽然大家的似乎感觉刚刚才开始发现这项技术的真正潜力,3D打印技术其实已经出现几十年了。而现在,来自MIT的科学家们又开始思考3D打印之后的4D打印技术了。你,跟得上时代吗?

这项技术来自供职于麻省理工大学的建筑师,设计师和计算机科学家Skylar Tibbits,而这项技术的核心概念则是自我组装。听起来似乎挺怪异,但其实道理并不难。4D打印只是用来描述合成物进行自我改变和适应环境的过程,而在三维的物体上附加的第四个维度,则是时间,发生变化所需要的时间。在Tibbits的TED interview上,他将4D打印和自然适应(natural adaptation)的过程做了一个比较,来帮助大家理解这个概念。

“自然界很显然拥有选择的意愿和能力。植物都愿意选择向着阳光生长。而这个选择的意愿和能力却很难在人工合成物中建立-这种“想要”或者说需要什么东西,并知道如何改变自己来获得它的能力,还有为自己提供能量的能力,比如说植物能够将光能,二氧化碳和氧气等转变成能量。如果我们将自然界带给生物的这些本质特性(遗传信号,能量生产,纠错)加入到人工或合成的材料上(能为设计和支撑,结构,机械等编上自我进化的程序),我们或许就能拥有超大规模的类生物和类合成的建筑有机体。”

在Tibbits公布的视频(如下)中,这种新的智能合成材料能被水激活,并做出一连串自动折叠动作,自组装成预先设计好的形状,整个过程都无需向智能材料提供任何附加能量。因此,所谓的4D打印,是一种能将打印设计直接内置入打印材料的技术。这项技术现由麻省理工学院的自组装实验室和著名3D打印机制造商Stratasys公司合作开发。而4D打印所需的复合材料则由Connex科技公司提供。著名3D扫瞄软件公司Autodesk的研发团队更是为这项技术开发了新软件Cyborg,专门用于为智能材料做设计。



视频前半段中所用的材料,是由一股普通塑料加一层能够吸收水分的“智能”材料组成,当材料遇水时,“智能”材料吸水发生形变而普通塑料则不发生任何改变,因此产生作用力,带来整个材料形状的变化。 因此,如何事先设计,安排“智能”材料的位置,厚度和面积,使它能朝着事先计划好的方向发生设定好角度的形变,才是该技术的关键。而对于已经掌握这项技术的麻省理工大学,他们的下一步则是从打印单股材料发展到打印片状材料,最终发展到打印三维立体结构。科学家们还表示,对于“4D打印”,不一定非得用水来做4D打印的能量源,还应该可以发展其他的“智能”材料,就像视频的后半段中所展示的那样,有谁能看出那是什么材料,什么原理呢?(本文作者为"fangpian3",最初发表于fangpian3.com,该网站现与诺研3D打印服务网合并为同一网站)