4D打印真能这么牛吗？ 4d打印

【4D打印真能这么牛吗？ 4d打印】

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一千多年前，2D活字印刷现世，我们可以在纸面上“复制”文字。
随着3D打印技术的出现，我们可以打印立体的物品。例如，一朵立体的花。
那有没有一种技术可以让这朵花跟上现实时间的脚步，像真花一样随着太阳升起，慢慢绽放呢？

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当“随时间变化”也被考虑至设计
图源：harvard

也许4D打印技术可以做到！

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2013年，MIT的科学家Skylar Tibbits 在TED演讲中首先提出了4D打印的概念。4D打印在3D打印的基础上，加入了“时间”这一个维度，能够让一个物品在离开了打印机后根据外界环境改变自己的形状。

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4D打印的时间概念
图源：sculpteo

想要实现4D打印，离不开对于智能材料的应用。智能材料是一种可以根据外界因素改变自身形状的材料。举个例子，有一些聚合物可以对水做出反应，遇水可以吸水膨胀。如果我们根据材料的特性，将会膨胀的聚合物与不会膨胀的材料按照一定规律排列，再通过3D打印技术精准地控制变形区域的角度，就可以让一根线在没入水中时通过膨胀折叠“自我组装”，呈现出特定形状。

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好的MIT，知道是你发明的了
图源：MIT

而不同的智能材料也赋予了4D打印物品不同的反应机制，除了可以吸水膨胀的材料之外，还有不少材料能对灯光、酸碱性、磁场、重力、气压等外界条件做出反应。
目前，4D打印技术仍然处于摇篮时期，但一些与4D打印相关的技术已经在制造业、医疗行业、甚至是艺术领域逐渐成型。

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现代的制造业是一个十分繁琐浪费的过程。如果想要制造一个椅子，我们需要分别制造凳腿、木板，再用螺丝或是胶将不同部件连接起来。在这个过程中也会产生不少被浪费的边角料。而如果利用3D打印，又会出现另一个问题——3D打印技术受限于打印物品的大小。在制作大型物品时，需要做出零部件、再进行组装，这个过程十分耗时耗力。

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现代制造业会产生大量废弃物
图源：time.com
4D打印为未来的制造业带来了另一种可能性——也许可以在打印机中打印占地面积小的物品，再让它们自行扩张、自动组装成最终产品的样子？
卡内基梅隆大学的研究团队开发了一款特殊的4D打印代码。这种代码可以根据预先设定好的模型，计算所需要的打印速度和打印规律，从而使成品在加热后按照预先设定好的规律折叠。如此一来，从打印机中打印出来的成品只是一片坚硬的塑料板。但在加热后，这片塑料板就会根据预先设定好的规律，进行折叠。

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设计折叠规律
图源：dezeen

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材料按照设计好的时间和规律折叠成了花
图源：dezeen

用热风枪加热后，这些平板将会自行折叠，变成花朵、椅子、小兔子等不同形状。虽然现在的4D模型仍然非常小，也并不牢固，但这项技术为现在的制造业提供了新的可能性。利用4D打印技术制造软件设计好原型，而后打印好的原型自动组装成预先设定好的形状，这大大减少了新品开发以及制造的成本，减少了生产过程中造成的浪费。

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每1000个小孩中，就有一个尿道狭窄患者，有一些儿童甚至在胎儿时期就面临着尿道狭窄的问题。如果无法成功排除尿液，尿道狭窄将会对小孩的肾脏造成负担，甚至致命。
在很久以前，心血管支架就被应用于治疗心血管堵塞。将包裹支架的气球放到血管狭窄的部位，气球扩张时，支架被撑开。最后再将气球泄气、抽出，留下支撑血管的支架。这样的方法确实有效，但胎儿的尿道要比心血管狭窄得多，曾经的技术很难制造出能够适用于胎儿尿道的支架。

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