打破3D的禁錮4D打印即將風靡全球

來源：OFweek 3D打印網

近年來，3D打印越來越深入人心，人們或許以為這就是維度打印的終點，實則不然。大家還記得MIT正在研究中的智能打印技術嗎？它在3D打印的基礎上添加了更加智能化材料，如此的打印方式就叫做4D打印，它同樣也是指在第四維度形狀或功能發生改變。換句話說，4D打印允許對像被3D打印後其形狀和材料特性暴露在一個預先確定的刺激如浸沒在水中，或暴露於熱、壓力、電流、紫外線或一些其他的能源刺激下，其功能或形狀發生特定的改變。
　　
　　

MarketsandMarkets發布關於4D打印的最新市場研究報告《4D打印市場發展趨勢及預測－按材料、行業和地域細分，2019—2025》。該報告預測4D打印將在2019年商業化，全球規模有望達到6300萬美元，到了2025年，4D打印市場將達到5.556億美元。可編程的碳纖維，可編程的碳纖維，可編程的木材和可編程的紡織材料將是最主要的材料類別，其中可編程的碳纖維預計佔市場份額的62%。而行業上，國防軍工相關應用的市場份額將達到55%。
　　
　　報告介紹了4D打印市場的價值鏈，考慮到所有主要的利益相關者在市場及其作用分析。該報告還提供了一個基於波特五力量框架的市場研究。在這些市場中，所有的五個主要因素通過內部的關鍵參數進行了量化。該報告還包括在介紹了行業領先的品牌，他們的最新發展以及其戰略業務活動。這些品牌包括3D Systems（美國），Autodesk－歐特克（美國），惠普（美國），Stratasys（美國），ExOne（美國），Organovo（美國），Materialise（比利時），和達索系統（法國） 。
　　
　　

讓我們盤點4D打印至今的發展吧：
　　
　　

2015麻省理工－可控的表面紋理變化4D打印技術

研究人員使用了模擬軟件，通過建模模擬出顆粒結構增強的複合材料物體。經過仿真可以展示出對象究竟會對錶面壓力如何反應。而一旦仿真結果滿足他們的要求，他們就用多材料3D打印機將其打印出來。產品具有間歇性和隨機性的豐富多樣的表面特徵變化，包括可變波、摺皺狀的特徵、平頂、谷底等，可以通過改變顆粒的無因次幾何參數（例如，相對的顆粒大小、形狀、間距和分佈等）來獲得。這些表面特徵可以通過顆粒定位來實現變量可控。

這一研究創建出的具有可重構表面紋理的材料，是非常有價值的。這項研究對於實際應用的潛在影響是巨大的，它可以用於許多受益於表面變化的應用，比如在光學和摩擦學中的許多應用。一旦這項技術被開發出來，我們將看到許多應用會因此湧現。這種技術可能的應用包括：偽裝的製造；可以推進、吸引或引導液體流動的材料；反光材料和每隔一段時間移位的材料，比如說可以應用到限制海洋生物在輪船的底部堆積。
　　
　　

2015德國研發“自修復”智能金屬材料
　　

來自德國Freiberg的研發團隊研發出面向未來的高性能材料：記憶性材料，可以自行癒合裂隙或回復原狀。
　　

研究中心的設備是瑞典的Arcam EBM設備，利用高功率密度的電子束衝擊工件時所產生的熱能使材料熔化、氣化的特種加工方法。通過電子束熔融的製造方法來生產帶記憶功能的零件，這就像彈力回形針，如果受到歪曲，把它放到熱水里面，就像被施了魔法，跳回到原來的樣子。

到目前為止只有少數金屬通過這樣的方式來處理。最新研發的材料從這個項目可以用於汽車製造和航空航天製造業來滿足特殊的要求。在航空航天領域，可以用來調整機翼結構以適應不同的飛行情況。另外，液壓傳動系統大量複雜的管道系統也非常適合這種材料的應用。
　　
　　

2014美國麻省科技設計公司“Nervous System”打印全球第一件“4D裙”
　　
　　

通過4D打印可以創建適合自己的服裝，這是4D技術的特點，可根據濕度、熱度以及其他因素改變自身的形狀。

“Nervous System”的“選擇性激光燒結技術”，是利用激光束燒結尼龍粉末材料製造原型，激光束不會燒結三角形與連接點之間的粉末，未被燒結的粉末於打印後掉出來，形成環環相扣的纖維，每條裙需48小時製作，造價則達1900英鎊(約合人民幣18393元)。
　　
　　

“Nervous System”還研發應用程式，讓用家先對自己的身體進行3D掃描，再選擇布料尺碼和形狀，即時親手度身訂造獨一無二的4D裙。