3D打印方兴未艾 4D打印已然崭露头角
- 2015-09-30 18:09:086715
当我们还沉浸于3D打印技术带来的变革红利的时候，4D打印技术已经让快速建模、商品组合方式等产生了根本性的转变。相较于3D打印技术的预先建模、扫描，然后使用物料成形，4D打印技术则直接将设计内置到物料当中，简化了从“设计理念”到“实物”的造物过程。让物体如金刚般“自动”创造，在简单的基础打印之后，便不再需要连接任何复杂的机电设备就可以自行创造出所需的预设产品。
就如所有物体都因为时间而存在一样，物体形状的改变也需要时间。在时间的维度下，利用特别材料加工的物体，在一些外界激活因素的作用下，其形状能够自行发生改变。与3D打印的预先建模然后使用材料打印不一样，4D打印的逻辑是，先用3D打印机打印出一种刚性的智能材料，然后将这种材料与上述外界激活因素结合，从而按照预先设定的路径完成物体形态的改变。
传统而言，造物过程一般都是，先建模后制造，或者一边设计一边调整模型效果。而通过硬件和软件的紧密结合，以及多产品重组合方式的叠加，4D打印技术可以说是从根本上颠覆了当前的生产方式。尽管当前的3D打印技术让造物变得简单、快捷、，而且还十倍百倍地压缩了造物成本。但4D打印技术则是对3D打印造物方式的再次升级，化传统造物工艺于无形，让产品根据不同的环境要素进行自变化。
“4D打印”的核心就在于创造出能够在打印出来之后发生形变的物体，让它们进行自我调整、组装、变形。由此一来，就构建了其与3D打印之间一个非常关键的区别，也就是对于4D打印来说，打印将不再是创造过程的终结，而是仅仅成为一个转向点，一个起点。
4D打印发展新动态一览
1.2014美国麻省科技设计公司“NervousSystem”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。
“NervousSystem”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)。
“NervousSystem”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。
2.2015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。
3.2015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ArcamEBM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。
应用前景广阔
“虽然4D打印尚处于试验阶段，但作为一项颠覆性技术，它将创造出＂可被编程的世界＂，将对传统制造业产生革命性影响。”“神经系统”设计工作室创意主管杰茜卡·罗森克兰茨说，未来这项技术将具有广阔的应用前景。
赛迪智库研究显示，4D打印可以利用可编程材料制造带有传感特点的复合材料，生产根据环境动态演变的产品。例如，把可以改变对电磁波反映特性的纳米材料嵌入到打印对象中，当遇到不同的可见光，材料的颜色随之改变，具有显著的自我感应能力。
同时，4D打印技术还可制造出功能形式多变的模块组件，通过组合可编程材料，改变产品的形状和功能。未来，大型建筑物等也可呈现出生命特质，人们将能够以可编程材料为基础，通过编程使这些材料模块自动堆叠形成各种形状的建筑物，并具备嵌入式电力装备、管道等配套设施。
业内认为，4D打印将引发未来制造行业的变革，使数字信息转化为真实的产品成为可能。4D打印的制造者们只需下载产品设计程序，就可通过采集和编程制造出所需产品；4D打印所造成的工业排放几乎可以忽略不计，在真正意义上实现绿色生产，从而开辟制造业可持续发展的新途径，并改变传统的制造业模式，
虽然应用广阔，但4D打印存在的风险也不容忽视。例如，由于4D打印实物可以自由变化，可变形机翼可能被黑客攻击而导致坠机；4D打印的建筑物可能由于一条错误指令而坍塌。再如，由于4D打印产品能够自由转化为其他形态，对知识产权保护提出了新的挑战，如何确定知识产权边界，怎样追溯动态产品的风险承担者等。未来，可能需要更加复杂的知识产权保护机制。
（资料来源于安铂网、必胜网、OFweek3D打印网）