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当前的4D打印所用到的材料基本上是一些柔软的聚合物，因而刚度方面的缺陷限制了其在结构部件领域的应用。

研究人员另辟新径，创造性的将当前4D打印所需的后续机械训练工序直接植入到3D打印过程本身，极大的简化了4D打印技术。他们先是通过计算机模拟设计3D部件，然后进行高精度的3D打印。该3D部件在室温下会保持其设计的形状。一旦经过简单的加热，该3D部件就可迅速地转换一个永久性形状。该4D打印技术不仅将复杂漫长的后续机械训练工序从设计与制造工作流程中彻底剔除，更可节省高达90％的打印时间和耗材。

复合材料由性能不同的两部分构成。室温下，一部分较软可以通过设计植入内应力，而另一部分较硬无应力。通过计算模拟来设计该种复合材料，使得3D打印过程中植入软材料的应力完全被硬材料控制，无法释放，从而保证了所打印的3D形状的高精准性。一旦加热，硬材料就会软化，软材料里的内应力由于失去了约束而得以释放，这直接导致了复合材料形状的改变，而且通常是显着的改变。并且新获得的形状不会随着温度的降低改变，但冷却所导致的部分材料变硬使得整个部件呈现出良好的刚度。 copyright dedecms

新的形状是永久性的，也就是说，即使你给他再加热或冷却，它也不会回到最初的3D打印出来的形状，这是形状记忆效应所产生的效果。复合材料中的硬材料具有形状记忆效应，使得新转变的形状被永久性的锁住了。另外，所打印的部件也呈现出形状记忆效应，也就是说，它可以被训练成任意形状，一旦加热，它就会寻找并回到新的永久性形状，但不是最初打印的原始形状。 本文来自织梦

为了说明该新工艺的能力，团队制作了几个在进入热水时可以迅速弯曲或张开的物体，包括一朵花瓣可以像真正的雏菊一样对阳光做出反应而弯曲的花，还有一个格栅结构加热后，能扩大到其原始尺寸近八倍的品格状物体。

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这种新的四维物体可以使一系列新的产品功能成为可能，比如可以在运输过程中平放或卷起来，然后在使用时展开一次的产品。最终，该技术可以使组件能够以精确的定时方式来对温度、湿度或光等刺激做出相应，以制造空间结构、可内置的医疗设备、机器人、玩具和其他很多结构。 织梦好，好织梦

这项工作的主要进展是一个大大简化了的四维印刷方法，其使得我们能够制造高分辨率的三维复杂可编程产品，有望使生物医学设备，三维电子产品，消费产品等领域的无数应用成为可能。它甚至为产品设计打开了一扇新的大门，在这里，组件一开始被设计好，以使其在使用过程中产生多种配置。 dedecms.com

意大利面“可变形”

食品3D打印这个概念虽然已经出现许久，但目前依然被许多人诟病。不过近日，两个MIT学生却将它玩出了新高度。这对MIT组合的作品就是可能是当前最酷的“可变形”意大利面。它一开始是扁平的，但放入热水后便可以自动变形，最终变成花朵的形状，或是分列成许多小的部分。 织梦好，好织梦

是不是有种熟悉的感觉?对，这与4D打印很像。只不过，通常的4D打印结构都是可编程的，可以在预定的时间内变成预设的形状，而MIT的这种意面目前似乎还不能完全做到这些。所以，将它称为“准4D打印”比较合适。

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那么，这种意面为何能自动变形呢?原来，研究人员在上面添加了两层密度不同的明胶膜。它们吸水后会发生不同程度的膨胀，从而令意面发生弯曲。至于变形有许多不同的样式则是因为他们还在明胶上面3D打印了一层食用纤维。这种纤维不易吸水，所以就可以形成防水层。通过3D打印不同形状的纤维，就可以控制明胶对水的反应，从而实现不同的变形。利用这种方法，他们甚至还可以控制变形的弯曲程度和几何结构。 内容来自dedecms

不过研究者表示，开发这种“可变形”意大利面并非是为了好玩，而是为了节省包装空间。以通心粉为例，即便是最完美的包装仍会浪费掉67％的空间。但这种可变形意面就完全不会有这样的问题。 dedecms.com

值得一提的是，为让这种意面更有趣并被更多人接受，这对MIT组合还创建一个可以预测意面变形的计算模型，并做出了相关的在线交互界面。通过它。任何人都可以自己设计出自己想要的意面。

来自未来的神奇盔甲 织梦内容管理系统

在太空飞行的过程中，航天器载重量的增加是一个特别棘手的问题，仅仅是飞出大气层就需要多级火箭的逐级助力，而最后被送入太空的有效载荷可能连火箭总重量的十分之一都没有，这也就导致了发射报价居高不下，一公斤货物的发射价格普遍都会超过一万美元。

而为了节约成本，工程师们就尽可能地将有效载荷的重量降至最低。此前，美国国家航空航天局（NASA）就试验过一种可充气的太空舱，依靠内部的支架可以将其改装成任意的结构。而现在，NASA喷气推进实验室又发明了一种三合一功能的可折叠金属编织材料，将会进一步提升太空运输的效率。

在过去近两年时间里，喷气推进实验室的研究人员一直在致力于这种太空金属织物的研发，它是由相互嵌合的不锈钢方块制成。但这种看起来像锁子甲的织物又不同于旧时的盔甲，它不是通过焊接而是通过3D打印将不锈钢挤压成连续的织状物。

同时，该金属织物的正反两面也都具有不同特性，正面是一列列平整的方块，有着金属的光泽，用来反射热和光。背面是一系列互相嵌合的圆环，帮助织物吸收热量。两面结合在一起使得该材料像一个超强的盾牌，足以保护宇航员和航天器免受太空垃圾的致命伤害。

但如果仅仅提到上述的几项功能，仿佛还不足以体现这种新材料的独特之处，毕竟NASA的太空飞船上的外部涂层早就已经做到反射光照、吸收热量以及保护船体了。但到现在为止，NASA还没有同时具备这三种功能的材料。

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而NASA之所以能够赋予一种材料如此多的特性，重点还在于一种名为4D打印的技术。与3D打印不同的是，4D打印不仅可以逐层添加材料，还可以在打印的过程中将应有的功能添加进去。而由该技术制成的材料往往具有自动变形和自动组合的特点。

而利用4D打印技术，工程师可以让一块金属在特定的温度展开，或者让塑料在某些环境条件下膨胀或收缩，也可以让NASA的太空织物具有的柔性的几何形状，使其可以反射热量。

由于太空金属织物的可折叠属性，使得它成为了太空中不可或缺的一种材料。航天员完全可以在太空中自行打印这种材料，并用它来进行零部件的替换。除此以外，像在木卫二的探测以及航天员和飞船的保护中，它都可以派上用场。

不过，NASA对于4D打印的利用仍处于探索阶段，预计很快就会有能够导电且改变形状的织物，最终将开发出更多具有高级功能的材料。虽然传统的观点认为多功能复合的方法并不能打造出最好的产品，不过，随着技术的演化，这一观点也应该有所改变了。 织梦内容管理系统

4D界也有举重冠军

轮烷类化合物是哑铃状分子，能够将光、热等形式的输入能量转化为分子运动。换句话说，它们会对外部刺激作出移动反应。它们也被称为纳米机器。 织梦好，好织梦

美国达特茅斯学院的科学家用轮烷类化合物开发出一种超强的智能材料。通过3D打印这些纳米级分子。研究人员创造出这一种纳米级的聚合物晶格立方体。能举起15倍自身重量，这相当于一个人举起一辆汽车。

聚轮烷是一个被广泛研究的分子族，它们在一个分子轴上有多个环。在该新材料中，这些环是一种环状糖，而分子轴则是一种聚合物。如果提供一个外部刺激，如加水，这些原本随意来回穿梭的环可以相互粘合，形成一个管状阵列。当这种情况发生时，分子的刚度会被改变。这就像许多滑动的珠子被穿在一条绳上，从而让绳子坚固得像一根杆。

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让轮烷类化合物工作的难点在于，当这些纳米机器随机取向时，它们的环运动相互抵消，从而使其在宏观尺度上毫无用处。然而，3D打印它们使得研究人员可以控制它们的运动。 本文来自织梦

3D打印技术，能将这些纳米级环的随机穿梭运动转化为可在宏观尺度上工作的智能材料，将分子全部按正确的方向排列可放大其运动。当加水时，聚轮烷的环通过氢键粘在一起。随后，管状阵列以一种更有序的方式堆叠在一起。当它们处于这种构造时，分子协调变得更容易。在这种基础上就能成功打印出晶格状的3D结构。

一旦结构打印出来，研究团队就可以固化它们，然后让它们工作。由于带有中空的格子结构，这些3D打印立方体很容易变形和改造。通过使用一种溶剂作为催化剂，团队能随意切换分子的环结构的运动状态，从随意穿梭到静止，再重新回到随意穿梭。外行的说法是，通过添加和去除一种溶剂，他们能让立方体膨胀，从而举起一个物体，然后再让立方体还原到最初形状。 dedecms.com

用这种3D打印立方体举起了一个1.6毫米的小硬币，虽然听起来微不足道，但这对让纳米机器在宏观上工作来说却是一大进步。例如，通过为这种上升运动加入收缩和扭曲，这些分子机器可被用作柔性机器人，来执行类似于人类才能完成的复杂任务。 织梦好，好织梦

空气翻身做“开关” 内容来自dedecms

3D打印现在已经有三十多年了，越来越多的研究人员正在展望下一个合乎逻辑的步骤：“4D打印”是随着时间的推移，3D打印对象的热门科学术语。不仅是任何随机的转换，4D打印是如此创新，正是因为它的设计参数，结构被预编程以特别响应于刺激。尽管4D打印材料已经铺路了一段时间，但瑞士苏黎世联邦理工学院的科学家们一直在进一步推动这一领域。 内容来自dedecms

苏黎世工程设计与计算实验室的科学家们已经开始开发可以折叠成三维物体的平板组件，以及承重4D打印物体。 dedecms.com

苏黎世工业集团使用最先进的多材料3D打印机制造其结构。虽然该系统允许以多达40种不同的材料进行打印，但研究人员只使用两种：一种包含大部分结构的刚性聚合物和用于运动部件的弹性聚合物。令人惊讶的是，所有零件都印在一个单一的步骤中。 织梦好，好织梦

4D打印有几个优点，在一个单一步骤中，用刚性和弹性部分打印平面初始形状是高效的。生产三维物体或将其从不同的部件组装起来要复杂得多，耗时很多。可能的应用是开放式的：航空航天是一个可行的选择，但苏黎世科技大学的科学家们也在研究通风系统，开启和关闭阀门的机制，或医疗应用如支架。 copyright dedecms

目前，科学家们正在手动重新配置这些结构，但是他们已经在开发一种扩展结构以应对温度的驱动器。未来，可能用压缩空气或湿度来控制4D打印物体。（nc-1420171103） copyright dedecms