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可以“打印时间”的4D打印技术

曾扬分享

  利用智能材料的3D打印技术

  4D打印使用一种能够自动变形的材料。4D打印过程只需特定条件(如温度、湿度等),不需要连接任何复杂的机电设备,就能按照产品设计自动折叠成相应的形状,它可以自动适应外部变化,进行自我修复。

  4D打印颠覆了传统的造物方式,具有全新的造物逻辑。传统而言,造物过程一般是,先模拟后制造,或者一边建物一边调整模拟效果。而4D打印通过硬件与软件的紧密结合,把产品设计通过打印机嵌入可以变形的智能材料中,在特定时间或激活条件下,无需人为干预,也不用通电,便可按照事先的设计进行自我组装。

  行业尚属起步阶段,未来应用潜力巨大

  4D打印技术诞生仅仅三年,但其自提出以来便受到广泛关注,展示了它在工业、建筑、航天、医疗、艺术、娱乐、服装、军事等诸多领域巨大的应用潜力,并在世界很多国家都取得了十分重要的进展。作为开山鼻祖,美国这几年始终致力于 4D打印的研究和应用。其很多高校、科研院所和公司企业,都在对 4D 打印进行广泛和深入的开发,有了很多令人瞩目的重要成果。

  多家公司企业正在对4D打印进行广泛而深入的开发,未来行业增长情况乐观。根据MarketsandMarkets发布的最新市场研究报告,到2019年,4D打印市场的容量将达到6300万美元,而2025年这一数字将达到5.556亿美元。据该公司预测,军事与国防部门将成为4D打印市场整体增长的最前沿,2019年与军工有关的应用将占到的市场份额将达到55%,剩下的份额则会属于航空航天领域。

  4D打印材料、设计软件和打印机是决定未来技术突破的重点。打印材料,要开发适合 4D 打印的新型材料特别是智能复合材料;设计软件,要为 4D 打印研发具有良好适应性的计算机编程设计软件。打印机,制造专为4D打印所用的打印机,能更好“领会”和实现 4D 打印意图,能够更好适应打印环境和要求。

  重构未来社会的黑科技

  4D打印带来高端私人订制,在家里打印属于自己的“创新工厂”。4D打印出现后,其所改变的将不再只是私人订制的问题,而是让每个消费者都可以实现自定义工厂、自主化生产。也就是说,未来我们要选用冰箱,将不再是直接购买一台庞大的冰箱回家,而只需要购买核心的关键部件,甚至连关键部件都可以自己定义到4D打印机上进行打印,通过不同种材料的打印之后,让其在我们需要的时候,进行自动连接并组装成为我们所设想和需要的那台冰箱。

  4D打印将实现工业制造集约化。在不久的将来,4D打印技术将彻底改变当前制造与商业的业态形式;同时还将简化工业制造中的多余繁琐环节,将浪费降到最低,实现能源利用最大化。比如,运用4D打印技术的飞机,在面临特定环境变化时可以实现自我分解,以最为理想的状态给乘客提供保护;在航天方面也是如此,我们不再需要带着组装好的庞大设备进入太空,只要带上材料和4D打印机,或是打印好的材料进入太空即可。

  4D打印纳米级的细胞,为人体内派驻癌症疫苗。通过打印这些纳米级与人体细胞类似的药物细胞,将相对应的癌细胞病毒设置为介质触发源,然后将其注射到人体内环境。那么,当这些4D打印的“人体卫士”细胞在体内巡逻时,一旦遇到癌细胞就能触发形变,实现点对点的药物释放,从而将癌细胞病毒消灭,并随人体代谢排出体外。

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