3D列印還沒玩過癮，4D列印又來了？

科羅拉多大學博爾德分校（University of Colorado Boulder）的科研人員成功地在他們的3D（三維）列印技術上增加了第四個維度，開闢了激動人心的前景：人們可以在生產、包裝和生物醫藥等領域，製造和利用具有適應性的複合材料。

由科羅拉多大學博爾德分校的機械工程副教授H?傑瑞?齊（H. Jerry Qi），及其合作者新加坡科技設計大學（Singapore University of Technology and Design）的馬丁?鄧恩（Martin L. Dunn）領導的研究小組已經開發並測試了一種4D列印方法。研究人員利用傳統3D列印技術將具有「形狀記憶」特性的聚合纖維納入到複合材料中，使得這種有固定外形的產品可以在加工完成之後，再被變成另一種外形。

「在這項工作中，我們利用3D列印技術先列印出初始形狀，然後通過事先設定好形狀記憶纖維的變化，使產品外形隨著時間而產生改變——這就是4D列印。」鄧恩說道，他曾是科羅拉多大學博爾德分校機械工程的教職人員，研究複合材料的力學和物理原理已經超過二十年了。

4D列印的概念，即允許材料進行「自我組裝」而形成3D結構，是由麻省理工的斯凱拉?蒂比茨（Skylar Tibbits）在今年4月首先提出的。蒂比茨和他的小組把一股塑料和一層 「智能」材料結合在一起，做出了可以在水中自我組裝的產品。

「我們拓展了這個概念，製造出了多種複合材料。它們能夠通過另一種物理機制變形成幾種不同的複雜形狀。」鄧恩說，「利用形狀記憶聚合纖維來使複合材料產生所期望的形狀改變的秘密，在於纖維的結構如何設計，包括它們的位置、方向以及其他一些因素。」

科羅拉多大學博爾德分校研究小組的研究結果上個月發表在《應用物理快報》上，琦?凱文?葛（Qi 「Kevin」 Ge）是論文的共同作者，他9月份作為博士後研究助理加入了麻省理工學院（MIT）。

令人著迷的是這些形狀是在設計階段定義的，這在幾年前是無法達成的。」齊教授說。

科羅拉多大學博爾德分校的研究小組證明，記憶纖維在複合材料中的方向和位置決定了形狀記憶效應（比如摺疊、捲曲、伸展或扭轉）的強度大小。研究人員還通過加熱或冷卻複合材料的方式展示了對這些效應的控制力。

齊教授說，雖然3D列印技術已經有大約30年的歷史，但只是在最近才發展到這一階段：人們可以通過把活性纖維納入到複合材料中，預先設定材料在面對熱處理和機械力時的反應。

令人興奮的是，這一技術具有廣泛的應用前景。齊教授說一塊太陽能板或類似產品可以在生產出來時呈扁平外形，便於安裝一些功能性裝置。然後它可以變成很緊湊的外形以利於包裝和運輸，在到達目的地後它又可以被激活，變成另一種可以使其性能最優化的外形。

隨著列印材料的豐富，以及更大尺度列印解析度的提升，3D列印技術愈發成熟，而4D列印技術的出現，將使人們能夠以新的途徑來製造可逆的或可變的三維表面和固體物件，比如汽車、飛機和天線用到的具有複雜外形的複合材料殼層等等。

（作者：無窮的探索)

請您繼續閱讀更多來自 知識百科 的精彩文章:

※都知道3D列印，那你聽說過「4D列印」嗎？
※想吃什麼，3D列印出來？
※帥翻天，3D列印都已經這樣玩了
※玻璃也可以3D列印了
※5秒鐘列印出一個披薩，3D列印出來的食物你敢吃嗎？
※是炒作還是真來了？美國3D列印V8超跑
※你還只知道3D嗎？4D列印都到家門口了！
※未來的飲料就是這樣3D列印的？酷斃了！
※用3D列印技術列印一個人，真能做到嗎？
※做蛋糕都用上3D列印了！
※3D列印改變了什麼？
※3D列印能幹嘛？這些創意十足的產品就是列印出來的！
※3D 列印肉都有了，是吃「列印」的牛排好還是豬扒呢？
※3D列印來勢洶洶，你準備好了嗎？
※畫得比3D列印還要真！
※3D列印汽車前景幾何？
※用3D列印將自己的雙手列印出來，掛牆上顯得高逼格
※3D戶攜十款亮瞎眼的3D列印概念車來襲！
※一言不合，就馬上3D列印了一台汽車開走了