突破3D打印的界限 成就4D打印的智能化
- 2015-08-18 09:08:206685
近年来，3D打印越来越深入人心，人们或许以为这就是维度打印的终点，实则不然。大家还记得MIT正在研究中的智能打印技术吗？它在3D打印的基础上添加了更加智能化材料，如此的打印方式就叫做4D打印，它同样也是指在第四维度形状或功能发生改变。换句话说，4D打印允许对象被3D打印后其形状和材料特性暴露在一个预先确定的刺激如浸没在水中，或暴露于热、压力、电流、紫外线或一些其他的能源刺激下，其功能或形状发生特定的改变。
MarketsandMarkets发布关于4D打印的新市场研究报告《4D打印市场发展趋势及预测－按材料、行业和地域细分，2019—2025》。该报告预测4D打印将在2019年商业化，规模有望达到6300万美元，到了2025年，4D打印市场将达到5.556亿美元。可编程的碳纤维，可编程的碳纤维，可编程的木材和可编程的纺织材料将是主要的材料类别，其中可编程的碳纤维预计占市场份额的62%。而行业上，国防*相关应用的市场份额将达到55%。
报告介绍了4D打印市场的价值链，考虑到所有主要的利益相关者在市场及其作用分析。该报告还提供了一个基于波特五力量框架的市场研究。在这些市场中，所有的五个主要因素通过内部的关键参数进行了量化。该报告还包括在介绍了行业的品牌，他们的新发展以及其战略业务活动。这些品牌包括3D Systems（美国），Autodesk－欧特克（美国），惠普（美国），Stratasys（美国），ExOne（美国），Organovo（美国），Materialise（比利时），和达索系统（法国）。
让我们盘点4D打印至今的发展吧：
2015麻省理工－可控的表面纹理变化4D打印技术
研究人员使用了模拟软件，通过建模模拟出颗粒结构增强的复合材料物体。经过仿真可以展示出对象究竟会对表面压力如何反应。而一旦仿真结果满足他们的要求，他们就用多材料3D打印机将其打印出来。产品具有间歇性和随机性的丰富多样的表面特征变化，包括可变波、折皱状的特征、平顶、谷底等，可以通过改变颗粒的无因次几何参数（例如，相对的颗粒大小、形状、间距和分布等）来获得。这些表面特征可以通过颗粒定位来实现变量可控。
这一研究创建出的具有可重构表面纹理的材料，是非常有价值的。这项研究对于实际应用的潜在影响是巨大的，它可以用于许多受益于表面变化的应用，比如在光学和摩擦学中的许多应用。一旦这项技术被开发出来，我们将看到许多应用会因此涌现。这种技术可能的应用包括：伪装的制造；可以推进、吸引或引导液体流动的材料；反光材料和每隔一段时间移位的材料，比如说可以应用到限制海洋生物在轮船的底部堆积。
2015德国研发“自修复”智能金属材料
来自德国Freiberg的研发团队研发出面向未来的高性能材料：记忆性材料，可以自行愈合裂隙或回复原状。
研究中心的设备是瑞典的Arcam EBM设备，利用高功率密度的电子束冲击工件时所产生的热能使材料熔化、气化的特种加工方法。通过电子束熔融的制造方法来生产带记忆功能的零件，这就像弹力回形针，如果受到歪曲，把它放到热水里面，就像被施了魔法，跳回到原来的样子。
到目前为止只有少数金属通过这样的方式来处理。新研发的材料从这个项目可以用于汽车制造和航空航天制造业来满足特殊的要求。在航空航天领域，可以用来调整机翼结构以适应不同的飞行情况。另外，液压传动系统大量复杂的管道系统也非常适合这种材料的应用。
2014美国麻省科技设计公司“Nervous System”打印件“4D裙”
通过4D打印可以创建适合自己的服装，这是4D技术的特点，可根据湿度、热度以及其他因素改变自身的形状。
“Nervous System”的“选择性激光烧结技术”，是利用激光束烧结尼龙粉末材料制造原型，激光束不会烧结三角形与连接点之间的粉末，未被烧结的粉末于打印后掉出来，形成环环相扣的纤维，每条裙需48小时制作，造价则达1900英镑(约合人民币18393元)。
“Nervous System”还研发应用程式，让用家先对自己的身体进行3D扫描，再选择布料尺码和形状，即时亲手度身订造的4D裙。