研究员开发出结合四种3D打印技术的4D打印机，可制作变形电子元件
近日，佐治亚理工学院的研究人员开发出了一种4D打印机，可以同时创建硬件和软件，并将导电线直接安装到可改变形状的3D打印结构中。
昨天，H. Jerry Qi博士在美国化学学会第255届全国会议和展览会上发表讲话，并向专家观众介绍了新型4D打印机，即一种能够打印变形结构的多技术3D打印机。此外，其还讲述了如何在航空航天、医药和其他行业中加速4D打印的使用。据称，这种不寻常的新型3D/4D打印机可以制造自组装结构，在受到热量和其他刺激后可以改变形状。打印机特别有价值，因为它能够一次打印多种材料。Qi表示：“我们正在开发新一代设备，可以大大拓展3D和4D打印的实际应用。我们的原型打印机集成了许多功能，似乎可以简化和加速传统3D打印机的使用流程。”就该打印机的有用应用而言，佐治亚理工学院将这一标准设定得很高，称打印在机器上的物品可能会跨越多个学科并改变许多流程。
“我们可以使用各种材料以同时制造坚硬和柔软的部件，将导电线直接结合到可改变形状的结构中，并最终为开发可重塑我们世界的大量4D产品开创了舞台”Qi说。去年，这项研究的早期阶段，当时Qi以及其同事开始与新加坡科技与设计大学（SUTD）、中国西安交通大学的研究人员合作。他们最初将4D打印研究发表在Science Advances杂志上，研究展示了如何将“机械编程后处理步骤”直接结合到3D打印过程中，从而允许创建3D打印物体，通过加热将其转化为新物体。今天，这项研究已经走过了一段很长的路，研究人员正在完善一台可操作的4D打印机，该打印机将4种独特的3D打印技术整合到一台机器中。
这些技术分别是气溶胶、喷墨、直接墨水写入和熔融沉积建模（FDM），凭借多种3D打印功能，4D打印机可以处理各种材料，包括硬质和弹性材料，如水凝胶、银纳米颗粒-基于液体的导电油墨、液晶弹性体和形状记忆聚合物或SMP。
这些SMP是变形4D打印过程的关键要素，可以编程为“记住”形状，然后在加热时转换形状。此外，这款多功能3D打印机可以投射一系列白色、灰色或黑色的光线，以形成并固化组件。研究人员说，这种灰度照明触发了一种“交联反应”，可以改变组件的行为。例如，较亮的光线可以创建较硬的部分，而较暗的光线可以产生较柔软的部分。通过结合固化设置，3D打印物体可以制作成与结构的其他部分不同的弯曲或拉伸。为了使这些4D打印物体更具功能性，3D打印机甚至可以使用其直接墨水写入打印头在零件中进行电线布线。
该团队目前正在与亚特兰大儿童医疗保健部门合作，研究是否可以使用4D打印技术为患有畸形手臂的儿童打印假肢。“只有一小部分孩子有这种情况，所以没有很多商业利益，大多数保险不包括这笔费用，”Qi说。“但这些孩子在日常生活中遇到很多挑战，我们希望我们的新型4D打印机能够帮助他们克服这些困难。”
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