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美国科学家提出“4D打印技术”理念

发布时间:2020-04-19 00:48编辑:材料信息浏览(130)

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    就在大家还在为3D打印技术感到好奇并津津乐道时,美国科学家又提出了一种“4D打印技术”的理念并进行实体机研制。4D打印技术与3D打印技术相比有哪些进步呢?就让我们一起来了解下。
    据国外媒体报道,目前,美国麻省理工学院的研究人员正在研制一种“4D打印技术”,能够将宏观等级3D打印材料按照预编程序自组装成为确定结构和外型。

    最新研制“变形材料”可改变大小体积和硬度 这种变形材料是由6个立方体构成,基于snapology技术,嵌入气动装置可使立方体变形,从而改变外形和大小。据英国每日邮报报道,目前,科学家基于折叠立方体研制一种新型材料,它可以编程改变外形、大小和硬度,能够压扁成平板,之后再次恢复形状。工程师使用一种叫做snapology的现代折纸技术研制出这种中间材料,该技术也被称为模块化折纸,构造多样化完全相同元素,将它们组装成为一个较大的模型。美国哈佛大学工程师研制出这种中间材料,每个模块是由6个立方体沿着边缘结合而成。最终它将形成一个三维交叉结构,也被称为挤压立方体。负责设计的研究人员指出,该材料将用于建造新类型轻便建筑结构,便于拆卸和组装。伴随着变形过程,该材料硬度将发生改变,这样的建筑结构可以再次竖立起来,通过改变外形,更好地研究分析建筑设计。这种材料还可以用于研制新类型可移动式屋顶,按照设计需要,将屋顶折叠起来或者改变墙壁外形。通过结合这些挤压立方体成为一个较大的3D组装结构,研究人员能够建造具有新奇属性的建筑材料。嵌入气动装置可使该材料沿着立方体更多边缘进行折叠,扭曲受挤压立方体,最终实现装配。研究报告第一作者约翰尼斯-奥弗维尔德(Johannes Overvelde)说:我们已设计一个3D薄壁结构,可用于任意建筑结构的折叠和可编程处理。目前这项最新研究报告发表在《自然通讯》杂志上。该材料的外形、体积大小和硬度将显著改变,并且能够不断调谐和控制,研究人员连接64个立方体成为4x4x4的组装体,它能够生长、收缩、变形,完全折叠成一个平面结构。此外,伴随着变形,它的硬度也会发生变化。工程师表示,除了长度、宽度和高度之外,硬度是第四维变化,意味着该材料应用十分广泛,其外形可柔韧化,之后再变得坚硬结实。约翰-鲍尔森工程和应用科学学院凯蒂娅-博尔托蒂(Katia Bertoldi)教授说:我们不仅理解这种材料如何变形,同时还能将它投入到更多的应用领域。这种材料可以按比例扩展,从纳米等级至米等级,可用于制造手术支架,适用灾难营救的轻便弹出式圆屋顶等。此外,该材料还用于动态建筑或者变形汽车。

    这项技术将潜在改变建筑和制造业,更容易地建造环境空间,例如构造太空基础设施,太空的恶劣气候状况将导致建筑成本昂贵,并且十分危险。麻省理工学院自组装实验室主管斯凯拉-蒂比特斯是研究项目负责人,他指出,4D打印过程使用的材料可以改变形状,能够响应接触水、空气、重力、磁性或者温度的变化,其第四维是指材料自组装能力。

    在近期召开的TED大会上,蒂比特斯展示了与斯特塔西3D打印公司合作的这个新项目,他说:“4D打印技术是在3D打印多样化材料的基础上新增加一种变形能力,这就像没有连线和发动机的机器人。”

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