4D打印，實現物體“自我組裝”
時間：2021-11-03 08:53 來源：控制工程網 作者：admin 閱讀：次
從產品模型、建筑模型、仿真器官到航空部件、可口食品，從工業打印到桌面打印，正當大家還在暢談著3D打印走入家庭應用的場景時，一項更為神奇的打印技術，4D打印已在路上。除了擁有3D打印的“長寬高”立體三維空間之外，4D打印還新增加了一個維度，叫做“時間”，這就表示4D打印出來的東西，不再只能以固定的形態存在，而是可以根據設定的時間，在一定條件的觸發下，自動發生形狀的改變。
我們今天所熟知的關于4D打印技術最為直觀的理解，即是4D打印的發起者，麻省理工學院建筑系講師斯凱拉?蒂比茨曾經在TED大會上的一次展示。將兩根4D打印出來并帶有鉸鏈的圓柱，放到水中之后就發生了不可思議的變化。
當然我們如果只是從打印出來的圓柱條表面進行觀察，并沒有什么獨特之處，或者說也只是一根非常平凡的打印材料。而這根材料被放置于水中之后就發生的神奇的變化，材料自動的慢慢卷曲、變形，然后自動形成了“MIT”（麻省理工）的字樣。
另外一個實驗則同樣是一根細長的圓形材料，當放在水中之后，材料似乎被賦予了生命般的立了起來。不僅如此，該材料還在水中繼續演變、折疊，最終自動組裝成了一個立方體。值得注意的是由于整個變化過程完全沒有人工的參與，看起來就像是材料擁有了自我意識，這也就是4D打印的神奇之處。
當然，實現4D自我組裝的關鍵并不在打印本身，更重要的核心則是材料。麻省理工關于4D打印的試驗所采用的材料分為兩種，一種是高分子聚合物，在水中可以延展到自己原來長度的兩倍；另外一種材料則可以在水中保持固定。
在通過預先打印的模型設計中就設定時間的觸發介質，也就是該種材料一旦遇到水之后就被觸發，其延展性所構成的部分就會自動變形，和固定的部分一起，就自動組裝成了之前設計好的形狀。當然觸發材料不限于水。
因此，我們可以比較直觀的理解4D打印的神奇之處，也就是說它是在原有3D打印技術的基礎上，使用了一種自動變形材料，使用者可以通過軟件完成建模，將想要的組裝性狀輸入材料中，之后通過一種觸發介質，變形材料就會按照預先的設定完成自我組裝。或許未來的觸發介質并且不來自于外部，而是在打印的過程中直接賦予在材料內部進行觸發。
4D打印所帶來的意義非常深遠，不僅是對制造業生態鏈的影響，更是對商業生態鏈的影響。也就是將后期組裝或者成型的結果預先在前期模型中進行設定，然后在需要的時間范圍內通過外在介質觸發讓打印出來的物體進行自我組裝。
當然未來不僅是自我組裝，還將演變成類似于自我制造的形式。或者我們也可以理解為，所謂的4D打印就是將一種記憶智慧植入到材料之中，在介質的作用下觸發其記憶并實現組裝。
近日，在國內，天津大學的封偉團隊也在4D 打印軟體機器人上取得了巨大進展，制作出了能自主驅動并響應刺激的智能軟體機器人。https://www.nanjixiong.com/forum ... 9887&fromuid=309382
這款軟體機器人在加熱到 160 攝氏度時可以自主由矩形變為螺旋管狀，并實現 “無繩” 自動滾走。傳統軟體機器人需要“系繩”連接到電源以獲得驅動力，封偉團隊的軟體機器人在智能材料的加持下，實現了無需外力的自主驅動，脫離了 “系繩” 的束縛。
我們今天所熟知的關于4D打印技術最為直觀的理解，即是4D打印的發起者，麻省理工學院建筑系講師斯凱拉?蒂比茨曾經在TED大會上的一次展示。將兩根4D打印出來并帶有鉸鏈的圓柱，放到水中之后就發生了不可思議的變化。
當然我們如果只是從打印出來的圓柱條表面進行觀察，并沒有什么獨特之處，或者說也只是一根非常平凡的打印材料。而這根材料被放置于水中之后就發生的神奇的變化，材料自動的慢慢卷曲、變形，然后自動形成了“MIT”（麻省理工）的字樣。
另外一個實驗則同樣是一根細長的圓形材料，當放在水中之后，材料似乎被賦予了生命般的立了起來。不僅如此，該材料還在水中繼續演變、折疊，最終自動組裝成了一個立方體。值得注意的是由于整個變化過程完全沒有人工的參與，看起來就像是材料擁有了自我意識，這也就是4D打印的神奇之處。
當然，實現4D自我組裝的關鍵并不在打印本身，更重要的核心則是材料。麻省理工關于4D打印的試驗所采用的材料分為兩種，一種是高分子聚合物，在水中可以延展到自己原來長度的兩倍；另外一種材料則可以在水中保持固定。
在通過預先打印的模型設計中就設定時間的觸發介質，也就是該種材料一旦遇到水之后就被觸發，其延展性所構成的部分就會自動變形，和固定的部分一起，就自動組裝成了之前設計好的形狀。當然觸發材料不限于水。
因此，我們可以比較直觀的理解4D打印的神奇之處，也就是說它是在原有3D打印技術的基礎上，使用了一種自動變形材料，使用者可以通過軟件完成建模，將想要的組裝性狀輸入材料中，之后通過一種觸發介質，變形材料就會按照預先的設定完成自我組裝。或許未來的觸發介質并且不來自于外部，而是在打印的過程中直接賦予在材料內部進行觸發。
4D打印所帶來的意義非常深遠，不僅是對制造業生態鏈的影響，更是對商業生態鏈的影響。也就是將后期組裝或者成型的結果預先在前期模型中進行設定，然后在需要的時間范圍內通過外在介質觸發讓打印出來的物體進行自我組裝。
當然未來不僅是自我組裝，還將演變成類似于自我制造的形式。或者我們也可以理解為，所謂的4D打印就是將一種記憶智慧植入到材料之中，在介質的作用下觸發其記憶并實現組裝。
近日，在國內，天津大學的封偉團隊也在4D 打印軟體機器人上取得了巨大進展，制作出了能自主驅動并響應刺激的智能軟體機器人。https://www.nanjixiong.com/forum ... 9887&fromuid=309382
這款軟體機器人在加熱到 160 攝氏度時可以自主由矩形變為螺旋管狀，并實現 “無繩” 自動滾走。傳統軟體機器人需要“系繩”連接到電源以獲得驅動力，封偉團隊的軟體機器人在智能材料的加持下，實現了無需外力的自主驅動，脫離了 “系繩” 的束縛。
圖：加熱后卷成螺旋管狀的軟體機器人
(責任編輯：admin)
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