4D打印，实现物体“自我组装”
时间:2021-11-03 08:53 来源:控制工程网 作者:admin 点击:次
| 从产品模型、建筑模型、仿真器官到航空部件、可口食品，从工业打印到桌面打印，正当大家还在畅谈着3D打印走入家庭应用的场景时，一项更为神奇的打印技术，4D打印已在路上。除了拥有3D打印的“长宽高”立体三维空间之外，4D打印还新增加了一个维度，叫做“时间”，这就表示4D打印出来的东西，不再只能以固定的形态存在，而是可以根据设定的时间，在一定条件的触发下，自动发生形状的改变。 我们今天所熟知的关于4D打印技术最为直观的理解，即是4D打印的发起者，麻省理工学院建筑系讲师斯凯拉?蒂比茨曾经在TED大会上的一次展示。将两根4D打印出来并带有铰链的圆柱，放到水中之后就发生了不可思议的变化。 当然我们如果只是从打印出来的圆柱条表面进行观察，并没有什么独特之处，或者说也只是一根非常平凡的打印材料。而这根材料被放置于水中之后就发生的神奇的变化，材料自动的慢慢卷曲、变形，然后自动形成了“MIT”（麻省理工）的字样。 
另外一个实验则同样是一根细长的圆形材料，当放在水中之后，材料似乎被赋予了生命般的立了起来。不仅如此，该材料还在水中继续演变、折叠，最终自动组装成了一个立方体。值得注意的是由于整个变化过程完全没有人工的参与，看起来就像是材料拥有了自我意识，这也就是4D打印的神奇之处。 当然，实现4D自我组装的关键并不在打印本身，更重要的核心则是材料。麻省理工关于4D打印的试验所采用的材料分为两种，一种是高分子聚合物，在水中可以延展到自己原来长度的两倍；另外一种材料则可以在水中保持固定。 在通过预先打印的模型设计中就设定时间的触发介质，也就是该种材料一旦遇到水之后就被触发，其延展性所构成的部分就会自动变形，和固定的部分一起，就自动组装成了之前设计好的形状。当然触发材料不限于水。 因此，我们可以比较直观的理解4D打印的神奇之处，也就是说它是在原有3D打印技术的基础上，使用了一种自动变形材料，使用者可以通过软件完成建模，将想要的组装性状输入材料中，之后通过一种触发介质，变形材料就会按照预先的设定完成自我组装。或许未来的触发介质并且不来自于外部，而是在打印的过程中直接赋予在材料内部进行触发。 4D打印所带来的意义非常深远，不仅是对制造业生态链的影响，更是对商业生态链的影响。也就是将后期组装或者成型的结果预先在前期模型中进行设定，然后在需要的时间范围内通过外在介质触发让打印出来的物体进行自我组装。 当然未来不仅是自我组装，还将演变成类似于自我制造的形式。或者我们也可以理解为，所谓的4D打印就是将一种记忆智慧植入到材料之中，在介质的作用下触发其记忆并实现组装。 近日，在国内，天津大学的封伟团队也在4D 打印软体机器人上取得了巨大进展，制作出了能自主驱动并响应刺激的智能软体机器人。https://www.nanjixiong.com/forum ... 9887&fromuid=309382  
这款软体机器人在加热到 160 摄氏度时可以自主由矩形变为螺旋管状，并实现 “无绳” 自动滚走。传统软体机器人需要“系绳”连接到电源以获得驱动力，封伟团队的软体机器人在智能材料的加持下，实现了无需外力的自主驱动，脱离了 “系绳” 的束缚。 
图：加热后卷成螺旋管状的软体机器人
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