4d打印原理

所謂的4D打印，比3D打印多了一個(gè)“D”也就是時(shí)間維度，人們可以通過(guò)軟件設(shè)定模型和時(shí)間，變形材料會(huì)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)變形為所需的形狀。準(zhǔn)確地說(shuō)4D打印是一種能夠自動(dòng)變形的材料，直接將設(shè)計(jì)內(nèi)置到物料當(dāng)中，不需要連接任何復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，就能按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)折疊成相應(yīng)的形狀。

4D打印讓快速建模有了根本性的轉(zhuǎn)變。與3D打印的預(yù)先建模然后使用物料成形并不一樣，4D打印直接將設(shè)計(jì)內(nèi)置到物料當(dāng)中，簡(jiǎn)化了從“設(shè)計(jì)理念”到“實(shí)物”的創(chuàng)物過(guò)程。讓物體如機(jī)器般“自動(dòng)”創(chuàng)造，不需要連接任何復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備。為了充分應(yīng)用這一新技術(shù)，Autodesk公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步設(shè)計(jì)了新軟件Cyborg，可以用于自我組裝和可編程的模擬材料，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和材料的折疊。

傳統(tǒng)而言，造物過(guò)程一般是，先模擬后制造，或者一邊建物一邊調(diào)整模擬效果。而通過(guò)硬件和軟件的緊密結(jié)合，4D打印顛覆了傳統(tǒng)的造物方式。

4D打印的流程是這樣的：首先對(duì)材料進(jìn)行編程，使其能夠?qū)δ承┐碳ぷ龀龇磻?yīng)，比如冷、熱和濕度，再把這樣的材料用3D打印機(jī)打印出來(lái)。這些物質(zhì)中的粒子形成紐帶，可以，比如說(shuō)，使材料打印帶將材料塑造成某種形狀。美國(guó)馬薩諸塞州技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室總監(jiān)Skylar Tibbits表示，4D打印可以生產(chǎn)智能產(chǎn)品，它可以自動(dòng)適應(yīng)外部變化，進(jìn)行自我修復(fù)。比如，管道可以設(shè)計(jì)成能夠根據(jù)水流量進(jìn)行膨脹或收縮的，或者在破裂時(shí)自我修復(fù)。自適應(yīng)或自修復(fù)技術(shù)也能在災(zāi)難救援或太空環(huán)境等惡劣環(huán)境中派上用場(chǎng)。

雖然4D打印在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)取得了成功，Tibbits最近研發(fā)出一種材料，能夠自動(dòng)折疊成箱子。但是，目前還沒(méi)有人用4D打印創(chuàng)造真實(shí)的產(chǎn)品。沒(méi)有數(shù)據(jù)能夠顯示自適應(yīng)產(chǎn)品真正進(jìn)入市場(chǎng)還要等待多少年，也不知道它能否取得編程中的表現(xiàn)。如果4D打印能夠成功，它將給建筑和制造行業(yè)帶來(lái)革命性的改變，并引發(fā)大量失業(yè)。但現(xiàn)在，它還只能是美好的未來(lái)。