新的4D打印技術讓3D打印對象在受熱時發生永久變形
近日，一項國際聯合研究有了最新成果：一種可讓打印對象在受熱后永久轉換成不同形狀的3D打印方法。這種新技術是一種4D打印，是佐治亞理工學院、新加坡技術與設計大學（SUTD）和西安交通大學聯合研究的結果。
那什么是4D打印呢？就是將時間和運動元素引入3D打印。它并不是一項全新的技術，一段時間以來，全球各地的研究人員一直在開發遇水、熱等因子會變形的各種不同打印材料。大部分現有4D打印研究依賴于水凝膠的使用，但水凝膠非常柔軟，變形后難以保持形狀。三所高校的最新聯合研究正好彌補了這方面的不足。
該研究最近發表在《Science Advances》雜志上，題目為“通過活性復合材料的直接4D打印”。新技術涉及3D打印一層層的形狀記憶聚合物（SMP），而每一層經過編程會對受熱有不同的反應。SMP是一種智能聚合物，可“記住”其原始形狀，在受熱時會變成預定的形狀。
“通過將機械編程后處理步驟直接整合到3D打印過程中，新方法大大簡化了4D打印并增加了它的潛能。這允許用計算機模擬來設計高分辨率的3D打印件，3D打印完成后，通過簡單的加熱，可將其直接而快速地轉換成新的永久結構，”研究人員解釋說。
為了展示新的3D打印技術，研究團隊制作了許多不同的可變形物體，其中包括一朵相當復雜的花，遇到熱水時，它的花瓣會收縮和彎曲，以及一個晶格結構，放入熱水時，其大小幾乎可擴展為原始尺寸的八倍。轉換所需的時間極短，在五秒鐘左右，這比以前的水凝膠4D打印技術要快得多。通過設置各種打印參數，研究人員還能在一定程度上控制最終的轉換形狀。
“在室溫下，我們的復合材料中有一種柔軟的材料，可被編程以包含內部應力，而另一種材料是硬的。我們用計算模擬來設計復合材料組件，其中剛性材料有一個可防止柔軟材料在3D打印后釋放被編程的內部應力的形狀和尺寸。加熱時，剛性材料會軟化，并允許柔軟材料釋放應力，從而讓打印件的形狀發生變化。這個過程通常很戲劇，”研究人員解釋說。
雖然該技術仍處于初期階段，但已經顯示出許多潛在的應用可能性。例如，4D打印物體在創建緊湊的堆疊或卷狀結構時可能會極其有用，這些結構運送起來很簡單，然后可在需要時進行擴展。有一天，該技術甚至可能會讓打印物體對光，甚至電等不同刺激作出反應。
SUTD教授Martin L. Dunn表示，該技術“可在生物醫學設備、3D電子產品和消費類產品上有無數應用”，并補充說，“甚至為產品設計開創了一種新范式，開發人員不僅要設計最初的產品，還要為其在后續服務中的多種模式進行設計。”
（編譯自3ders.org）
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