4d打印概念有哪些(打印特点及技术原理详解)

3D打印,也称为“增材制作”,经过逐层构建将数字化蓝图转变为物理目标。3D打印技能现已存在了近30年。然而,尽管增材制作职业仍在发现新运用,新资料和新3D打印机,但另一种技能正在兴起,那便是4D打印,并成为了科技热点。
3D打印是一种立体光刻技能,该技能运用光聚合作用来粘合已层层叠叠的基材,从而形成聚合物网络。与熔融沉积建模相反,在熔融沉积建模中,挤出的资料会立即硬化以形成层,而4D打印基本上是依据立体光刻,在大多数情况下,在打印过程完成后,通常运用紫外线来固化分层的资料。最大的不同是:它运用经过特别编程的特别资料和杂乱的规划来提示3D打印更改其形状。

2013年,麻省理工学院斯凯拉·蒂比茨在TED大会上首次提出4D打印的概念,并展现了4D打印多原料的绳子放到水中后变成“MIT”字样的结构。关于这一技能的运用,蒂比茨以为其能够自我变形的特性,能够让物体实现在地下管道等难以接触到的当地进行自我拼装。此外,这一技能还有或许运用到家具、自行车、汽车、乃至建筑物的制作上。

3D打印和4D打印有什么区别?
3D打印是关于在打印路径中从底部到顶部逐层重复2D结构,直到创建3D体积。4D打印称为随时刻变化的3D打印。因而,增加了第四个维度:时刻。因而,与3D打印技能比较,4D打印的最大突破是其随时刻变化的才能。
就像任何3D打印形状相同,打印4D打印目标。区别在于4D打印技能运用可编程和高档资料,这些资料经过增加热水,光或热量来履行不同的功能。这便是为什么无生命的物体能够随着时刻改动其3D形状和行为的原因。

4D打印怎么工作?
4D打印技能运用商业3D打印机,例如Polyjet 3D打印机。输入是“智能资料”,能够是水凝胶或形状回忆聚合物。因为其热机械特性和其他资料特性,智能资料被赋予了形状变化的属性,并与普通的3D打印资料有所区别。

另一方面,运用3D打印技能打印的目标具有巩固性。这意味着3D打印目标在打印后将保持其3D形状。
4D打印的优势
尺度变化
4D打印最明显的长处是,经过核算折叠,能够将比打印机大的目标仅打印为一个部分。因为4D打印的目标能够改动形状,缩短和展开,因而太大的目标无法容纳打印机,能够将其压缩以用于3D打印成其非必须形式。

新资料=新特性
4D打印技能的另一个优势是运用或许的运用资料。4D打印具有巨大的潜力,能够改动当今的资料世界。想象一下,将4D打印运用于各种咱们今天乃至无法想象的智能资料!
到现在为止,咱们现已看到了多资料形状回忆聚合物的试验。像下面的视频中所展现的资料相同,这些资料能够“记住”它们的形状,并随着时刻的流逝积极响应环境影响而改动装备。这种形状回忆聚合物将类似于可定制的形状,关于健康职业而言十分重要。例如,咱们能够使会改动形状的设备在患者变少时开释药物。
4D打印的潜在运用
自修正管道体系
4D打印在现实世界中的一种潜在运用是管道体系的管道,该管道可依据流量和水需求动态地改动其直径。因为管道能够响应环境变化而产生决裂,因而假如管道决裂或决裂,或许会自动修正的管道。
自拼装家具
因为3D打印家具受到打印机尺度的约束,因而4D打印能够只打印一块平板,经过向其间增加水或光,它能够曲折到椅子上。
极点条件下的XL4D打印
4D印刷:外表正弦波从自拼装试验室,麻省理工学院。4D打印在大型项目中将更加有用。例如,在极点环境(例如空间)中,它或许具有十分有出路的运用。当前,在太空中,建筑物的3D打印过程会引起一些与成本,效率和能耗有关的问题。因而,替代运用3D打印资料,能够运用4D打印资料以利用其可变形的形状。他们能够提供制作桥梁,庇护所或任何类型的装置的解决方案,因为它们会自行制作或在受到气候损害的情况下自行修正。
医疗职业
另一方面,想象一下将4D打印运用到十分小的规划,例如在医学范畴。4D打印蛋白质或许是一个很好的运用,如以下视频中所示的自我重装备蛋白质示例。研讨人员正在研讨的另一种特别资料是自折叠蛋白。4D印刷:自折叠蛋白的自拼装试验室,麻省理工学院。4D打印在医学范畴的另一个运用或许是规划邮件。程序化的支架会分布在人体中,到达意图地后就会翻开。
时尚
4D打印也能够改动时尚的面貌。麻省理工学院的自拼装印刷试验室正在研讨4D技能的潜在运用。主意之一是服装或许会依据气候或活动而变化。例如,当您开端跑步时,鞋子或许会改动形状,从而为您提供更好的舒适感和摊销价值。
现在,4D打印还停留在试验研讨阶段,并没有走向大规划出产运用。因而还没有一家商业化公司能提供此技能,仅有部分高校正在研讨该技能。
麻省理工学院的自拼装试验室
麻省理工学院(MIT)是许多3D打印立异的先驱,当然,它们并不仅限于此。助理教授SkylarTibbits成立了Self'AssemblyPrintingLab。自2014年以来,Tibbits一直与Autodesk合作研讨3D打印结构及其后打印行为。他们的项目之一是上述可调节的衣服。
哈佛大学怀斯研讨所的生物工程学
哈佛大学怀斯研讨所(WyssInstitute)创建了一组研讨人员,旨在研讨受生物启发的工程技能,该技能被称为水凝胶。该资料的灵感来自花朵,花朵会依据环境而改动形状。它由木材的纤维素原纤维组成。它们的意图是仿照花朵的微观结构,使花朵具有改动形状的才能。科学陈述证明了4D打印的革命性含义。
然后,水凝胶能够仿照花朵依据温度,湿度等改动花的结构的才能。3D打印使科学家能够运用水凝胶来制作杂乱的规划。
卧龙岗大学
澳大利亚卧龙岗大学的一组科学家开发了首个4D打印水阀。这是一项巨大的成就,因为当将热水注入阀门时阀门会自行关闭,而当温度下降时阀门会扩张。因为3D打印的水凝胶油墨会对高温快速反应,因而这种现象是或许的。
新加坡科技规划大学
新加坡科技规划大学的研讨人员就4D打印提出了另一个问题:其商业化。问题在于出产杂乱的资料。这个团队决定运用市售的多资料3D打印机,并在一个步骤中将5个步骤的资料准备工作结合在一起!
他们经过4D打印扁平星星展现了这种发展,扁平星星在放入热水后会曲折并变成花朵状的物体。
尽管现在4D打印技能尚在起步阶段,4D打印资料的运用也还远远未到投入大规划运用的程度,但随着研讨的逐渐深化,人们发现4D打印技能能给人类社会带来许多意想不到的改动。