10月17日消息,中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所、中科院功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與組裝重" />
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擺脫固化狀態(tài),4D打印讓物體靈動(dòng)起來(lái)

偉大的事業(yè)終歸源于不懈地努力和默默地付出。在經(jīng)過(guò)了反復(fù)鉆研和不斷探索之后,我國(guó)4D打印技術(shù)研發(fā)取得了新進(jìn)展。
  10月17日消息,中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所、中科院功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與組裝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吳立新團(tuán)隊(duì)在科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)和海西研究院“一三五”重點(diǎn)培育項(xiàng)目的支持下,首次報(bào)道具有永久形狀可重構(gòu)性的4D打印形狀記憶聚合物。
  大家都知道,3D打印是指我們構(gòu)建一個(gè)3D的數(shù)字化模型,通過(guò)一層一層材料堆積的方式,構(gòu)建一個(gè)三維的結(jié)構(gòu)材料。4D打印一般是指用于3D打印的材料,在水、電、光、熱等一定條件的刺激下,發(fā)生可以編程的自主變形。
  與3D打印相比,4D打印增加的就是時(shí)間維度。客觀地講,4D打印所具有的優(yōu)勢(shì)也十分明顯。首先,在打印薄壁結(jié)構(gòu)或格子結(jié)構(gòu)時(shí),4D打印可以最大限度地節(jié)省材料、縮短制作時(shí)間。其次,4D打印技術(shù)是將3D打印技術(shù)與智能材料結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)發(fā)展出的新技術(shù),4D打印技術(shù)可改變傳統(tǒng)的“機(jī)械傳動(dòng)+電機(jī)驅(qū)動(dòng)”的模式,使物體在人體器官、地下管道、航天器等難以接觸到的地方進(jìn)行自我組裝。
  而4D打印產(chǎn)品制造的實(shí)現(xiàn),離不開(kāi)相應(yīng)的材料。通常來(lái)看,當(dāng)前4D打印的材料主要集中在高分子材料上,比如水凝膠、光敏樹(shù)脂材料。就光敏樹(shù)脂材料而言,這種智能材料在不同的壓力、光照、溫度或磁場(chǎng)觸發(fā)條件下,可以呈現(xiàn)出不同的形態(tài)。借助這種材料打印一朵梅花,當(dāng)遇到熱水時(shí),梅花會(huì)收縮合上。一旦遇冷,梅花又會(huì)重新開(kāi)放。
  一旦4D打印技術(shù)走進(jìn)應(yīng)用生產(chǎn),人們的生活將會(huì)產(chǎn)生質(zhì)的變化。換言之,人們可以真正實(shí)現(xiàn)自定義設(shè)計(jì)和自主化生產(chǎn)。例如,如果要建造一間屋子,人們只要借助打印機(jī)打印一堆材料放在某種特定因素下(如光、溫度、磁場(chǎng)等),過(guò)一段時(shí)間一間房屋就能自主組裝而成。當(dāng)然,如果人們對(duì)這間房屋的結(jié)構(gòu)感到厭煩時(shí),還可以通過(guò)施加不同強(qiáng)度的外界因素,使房屋自我改裝成其他結(jié)構(gòu),這聽(tīng)起來(lái)是不是很神奇呢?
  4D打印在服裝鞋帽領(lǐng)域的應(yīng)用,已經(jīng)掀起了一場(chǎng)時(shí)尚新潮流。早在2017年4月,阿迪達(dá)斯就帶來(lái)了一項(xiàng)重大的科技Digital Light Synthesis,發(fā)布了首個(gè)應(yīng)用該科技的adidas4d鞋,即跑鞋 Futurecraft 4D。相比于一般的3D打印技術(shù),Digital Light Synthesis不僅具有更快地制作速度和更大地制作規(guī)模,還具有更好的品控以及更多材料、色彩的選擇。
  目前,4D打印還停留在實(shí)驗(yàn)研究階段,并沒(méi)有走向大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。不過(guò),4D打印的一些概念性設(shè)計(jì)已經(jīng)被研究人員提出并被被用在不同的領(lǐng)域。在航空航天領(lǐng)域,4D打印展開(kāi)式太陽(yáng)能板等擁有較大應(yīng)用的實(shí)用價(jià)值。
  當(dāng)有太陽(yáng)照射時(shí),太陽(yáng)能板能自己展開(kāi)并吸收太陽(yáng)能;當(dāng)太陽(yáng)消失時(shí),它又恢復(fù)到原先的收縮狀態(tài)。在生物醫(yī)療領(lǐng)域,4D打印的人工心臟能夠?qū)崿F(xiàn)自主跳動(dòng),在技術(shù)成熟得到推廣應(yīng)用之后,就可以幫助心衰病人獲得新生。

4D打印,像是一棵剛剛萌芽的小樹(shù)苗,在破土而出之際努力吸收來(lái)自露水和陽(yáng)光的能量。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái),4D打印這棵小樹(shù)苗將長(zhǎng)成參天大樹(shù)。


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