4D打印，實(shí)現(xiàn)物體“自我組裝”

來源：控制工程網(wǎng)

從產(chǎn)品模型、建筑模型、仿真器官到航空部件、可口食品，從工業(yè)打印到桌面打印，正當(dāng)大家還在暢談著3D打印走入家庭應(yīng)用的場(chǎng)景時(shí)，一項(xiàng)更為神奇的打印技術(shù)，4D打印已在路上。

除了擁有3D打印的“長(zhǎng)寬高”立體三維空間之外，4D打印還新增加了一個(gè)維度，叫做“時(shí)間”，這就表示4D打印出來的東西，不再只能以固定的形態(tài)存在，而是可以根據(jù)設(shè)定的時(shí)間，在一定條件的觸發(fā)下，自動(dòng)發(fā)生形狀的改變。

我們今天所熟知的關(guān)于4D打印技術(shù)最為直觀的理解，即是4D打印的發(fā)起者，麻省理工學(xué)院建筑系講師斯凱拉?蒂比茨曾經(jīng)在TED大會(huì)上的一次展示。將兩根4D打印出來并帶有鉸鏈的圓柱，放到水中之后就發(fā)生了不可思議的變化。

當(dāng)然我們?nèi)绻皇菑拇蛴〕鰜淼膱A柱條表面進(jìn)行觀察，并沒有什么獨(dú)特之處，或者說也只是一根非常平凡的打印材料。而這根材料被放置于水中之后就發(fā)生的神奇的變化，材料自動(dòng)的慢慢卷曲、變形，然后自動(dòng)形成了“MIT”（麻省理工）的字樣。

另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)則同樣是一根細(xì)長(zhǎng)的圓形材料，當(dāng)放在水中之后，材料似乎被賦予了生命般的立了起來。不僅如此，該材料還在水中繼續(xù)演變、折疊，最終自動(dòng)組裝成了一個(gè)立方體。值得注意的是由于整個(gè)變化過程完全沒有人工的參與，看起來就像是材料擁有了自我意識(shí)，這也就是4D打印的神奇之處。

當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)4D自我組裝的關(guān)鍵并不在打印本身，更重要的核心則是材料。麻省理工關(guān)于4D打印的試驗(yàn)所采用的材料分為兩種，一種是高分子聚合物，在水中可以延展到自己原來長(zhǎng)度的兩倍；另外一種材料則可以在水中保持固定。

在通過預(yù)先打印的模型設(shè)計(jì)中就設(shè)定時(shí)間的觸發(fā)介質(zhì)，也就是該種材料一旦遇到水之后就被觸發(fā)，其延展性所構(gòu)成的部分就會(huì)自動(dòng)變形，和固定的部分一起，就自動(dòng)組裝成了之前設(shè)計(jì)好的形狀。當(dāng)然觸發(fā)材料不限于水。

因此，我們可以比較直觀的理解4D打印的神奇之處，也就是說它是在原有3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)上，使用了一種自動(dòng)變形材料，使用者可以通過軟件完成建模，將想要的組裝性狀輸入材料中，之后通過一種觸發(fā)介質(zhì)，變形材料就會(huì)按照預(yù)先的設(shè)定完成自我組裝?；蛟S未來的觸發(fā)介質(zhì)并且不來自于外部，而是在打印的過程中直接賦予在材料內(nèi)部進(jìn)行觸發(fā)。

4D打印所帶來的意義非常深遠(yuǎn)，不僅是對(duì)制造業(yè)生態(tài)鏈的影響，更是對(duì)商業(yè)生態(tài)鏈的影響。也就是將后期組裝或者成型的結(jié)果預(yù)先在前期模型中進(jìn)行設(shè)定，然后在需要的時(shí)間范圍內(nèi)通過外在介質(zhì)觸發(fā)讓打印出來的物體進(jìn)行自我組裝。

當(dāng)然未來不僅是自我組裝，還將演變成類似于自我制造的形式?；蛘呶覀円部梢岳斫鉃椋^的4D打印就是將一種記憶智慧植入到材料之中，在介質(zhì)的作用下觸發(fā)其記憶并實(shí)現(xiàn)組裝。

近日，在國(guó)內(nèi)，天津大學(xué)的封偉團(tuán)隊(duì)也在4D 打印軟體機(jī)器人上取得了巨大進(jìn)展，制作出了能自主驅(qū)動(dòng)并響應(yīng)刺激的智能軟體機(jī)器人。http://m.withyoor.com/forum ... 9887&fromuid=309382

這款軟體機(jī)器人在加熱到 160 攝氏度時(shí)可以自主由矩形變?yōu)槁菪軤睿?shí)現(xiàn) “無繩” 自動(dòng)滾走。傳統(tǒng)軟體機(jī)器人需要“系繩”連接到電源以獲得驅(qū)動(dòng)力，封偉團(tuán)隊(duì)的軟體機(jī)器人在智能材料的加持下，實(shí)現(xiàn)了無需外力的自主驅(qū)動(dòng)，脫離了 “系繩” 的束縛。

圖：加熱后卷成螺旋管狀的軟體機(jī)器人