4D打印
所謂的4D打印,準確地說是一種能夠自動變形的材料,只需特定條件(如溫度、濕度等),不需要連接任何復雜的機電設備,就能按照產品設計自動折疊成相應的形狀。4D打印最關鍵是“智能材料”。4D打印由MIT 與Stratasys教育研發部門合作研發的,是一種無需打印機器就能讓材料快速成型的革命性新技術。
4D打印概念或許對于今天的大眾而言有些陌生。其實,4D打印技術是在4年前提出的。2013年2月25號,在美國加州舉辦的TED 2013大會上,來自美國麻省理工學院的斯凱拉·蒂比茨展示了4D打印技術,并且是通過一個完整的實驗向與會者展示的,并借助實驗加以闡述。從時間緯度來看,4D打印技術的提出與3D打印技術熱潮的出現差不多同時發生;但目前大家的關注點幾乎都放在3D打印技術上,忽視了對4D打印技術的關注。事實上,不論我們是向前看科技發展的趨勢,還是從當前挖掘科技價值、探索未來商業的方向來看,4D打印技術都比3D打印技術更具前瞻性和顛覆性,它不僅是一種生產工具的革命,更是一種由生產資料改變而引發未來整個商業生態結構方式改變的一種技術,因而顛覆的將不只是制造技術。
盡管早在2013年美國麻省理工學院就已經展示出了一個關于4D打印技術的實驗,但該技術當時并未引起太大關注。一直到2014年10月8日,美國《外交》雙月刊發表了一篇名為《準備迎接4D打印革命》的文章,才讓很多國家政府層面開始關注4D打印技術,尤其是以美國為首的發達國家,著手在軍事、醫學等領域探索4D打印技及其在這些領域中的應用。
所謂的4D打印,比3D打印多了一個“D”也就是時間緯度,人們可以通過軟件設定模型和時間,變形材料會在設定的時間內變形為所需的形狀。準確地說4D打印是一種能夠自動變形的材料,直接將設計內置到物料當中,不需要連接任何復雜的機電設備,就能按照產品設計自動折疊成相應的形狀。4D打印最關鍵是記憶合金。4D打印由MIT與Stratasys教育研發部門合作研發的,是一種無需打印機器就能讓材料快速成型的革命性新技術。大小形狀可以隨時間變化。
人們相信,4D打印不但能夠創造出有智慧、有適應能力的新事物,還可以徹底改變傳統的工業打印甚至建筑行業,與此前的3D打印相比,它將具有更大的發展前景。4D打印更為智能 ,物料可自行“創造”,簡化了打印過程,但對打印材料有了更高要求。
Skylar Tibbits認為,4D打印讓快速建模有了根本性的轉變。與3D打印的預先建模、掃描,然后使用物料成形不同,4D打印直接將設計內置到物料當中,簡化了從“設計理念”到“實物”的造物過程。讓物體如機器般“自動”創造,不需要連接任何復雜的機電設備。
目前4D打印技術使用的材料只能感應水的刺激。
為了充分應用這一新技術,Autodesk公司的研發團隊進一步設計了新軟件Cyborg,可以用于自我組裝和可編程的模擬材料,實現設計的優化和材料的折疊。
傳統而言,造物過程一般是,先模擬后制造,或者一邊建物一邊調整模擬效果。而通過硬件和軟件的緊密結合,4D打印顛覆了傳統的造物方式。
3D打印是預先建模再打印出成品,而4D打印的邏輯,是把產品設計通過打印機嵌入可以變形的智能材料中,在特定時間或激活條件下,無需人為干預,也不用通電,便可按照事先的設計進行自我組裝。
4D打印的流程是這樣的:首先對材料進行編程,使其能夠對某些刺激做出反應,比如冷、熱和濕度,再把這樣的材料用3D打印機打印出來。這些物質中的粒子形成紐帶,可以,比如說,使材料打印帶將材料塑造成某種形狀。美國馬薩諸塞州技術研究實驗室總監Skylar Tibbits表示,4D打印可以生產智能產品,它可以自動適應外部變化,進行自我修復。比如,管道可以設計成能夠根據水流量進行膨脹或收縮的,或者在破裂時自我修復。自適應或自修復技術也能在災難救援或太空環境等惡劣環境中派上用場
雖然4D打印在實驗室中已經取得了成功,Tibbits最近研發出一種材料,能夠自動折疊成箱子。但是,目前還沒有人用4D打印創造真實的產品。沒有數據能夠顯示自適應產品真正進入市場還要等待多少年,也不知道它能否取得編程中的表現。如果4D打印能夠成功,它將給建筑和制造行業帶來革命性的改變,并引發大量失業。但現在,它還只能是美好的未來。