4D打印制造出变形材料

3D打印

图片说明：上图是4D打印的网格，这个网格可呈凸面或凹面。图片来源：Dan Raviv

利用新型4D打印技术，研究人员可打印出随时间变形的动态3D结构。

科学家表示，有一天这样的4D打印产品会应用于各个领域，包括医学植入和家电产品。

当今3D打印产品的原料十分广泛，包括塑料、陶瓷、玻璃、金属、以及一些不常用到的材料，如巧克力和活体细胞。3D打印机的工作原理是逐层铺垫材料，就像一般的打印机出墨一样，不同的是3D打印机可以层层叠加平面来制造3D物体。

该研究的首席作者、麻省理工大学（Massachusetts Institute of Technology，MIT）的数学家Dan Raviv说：“现在3D打印技术除了可以应用于工业，普通家庭只需花费不到1000美元也同样可以享受到该技术。3D打印几乎能制造出任何东西，而不再局限于纸上。这为我们创造了无数种可能，或许以后人们购买玩具、家电产品和各种工具时，只要在网上下个单，就能在家里打印出它们。”

目前，Raviv和同事们的研究进入了下一阶段：开发4D打印技术，该技术能打印出可变形的3D产品。

Raviv说：“最激动人心的是这项研究能衍生出许多实际的应用。因而它不只是一个看起来很酷的计划或是一种有趣的解决方案，而将会切实改变许多人的生活。”

2014年12月18日出版在Scientific Reports期刊上的一篇研究中，研究人员解释了他们如何使用两种不同性质的材料打印3D结构。一种材料是硬质塑料，能够保持其硬度；另一种是吸水性材料，浸入水中时其体积会增大一倍。这种吸水材料由3D打印公司Stratasys开发，具体配方仍然保密。

研究人员打印出了一个边长15英寸（38厘米）的正方形网格。当网格浸入水中时，吸水性材料会像关节一样舒展和折叠，呈现出多种复杂的几何图形。举例来说，研究人员打印出了“MIT”的3D字母，其随后可以变为类似“SAL”字母的形状。

Raviv说：“我们曾设想过这项技术可以衍生出的各种各样的应用，包括耐高温产品、提高功能性及舒适度的产品，或是根据湿度和温度变化的儿童产品，还有能感知环境的高性能衣服和鞋子。”

另外，4D打印产品能推进新型医学植入发展。Raviv说：“现在，研究人员能够打印出植入人体体内的生物相容性器官。从而我们制造出的结构可以自行改变形状和功能，无需外部操作。”

医疗领域的重要应用之一为心脏支架，它是置于心脏内部帮助恢复的管状医疗器械。Raviv说：“我们希望能够打印出能在体内终身适用的产品。”

目前，研究人员试图改进4D打印产品，扩展其产品体积范围。Raviv说：“我们现在已经制造出几厘米大的产品。不过，对于植入体内的产品，我们还希望将其缩小10到100倍，对于家用电器而言，我们还要再将其扩大10倍。”

Raviv表示，改善4D打印原料仍需要投入大量研究。例如，研究人员开发的4D打印物体虽然可以经受干湿交替，循环使用数次，但材料在折叠与展开数十次之后，会失去变形的能力。科学家还表示，他们想进一步开发能够对除水之外的其他因素做出反应的材料，例如热和光。

英文来源: http://www.livescience.com/49185 ... ing-structures.html

来源：科学之家