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既形象又生动的给你解释什么是4D打印技术

时间:2015-05-06 19:20 来源:3dhoo 作者:中国3D打印网 阅读:

    当下,与3D打印的蔚然成风形成鲜明对比的是,提出了两年多时间的4D打印概念技术却鲜有人说道。4D打印,到底是怎么一回事?怎么就凭空多出了一个“D”呢?



今天,我们一起探探4D打印的路。在出发之前,我先给大家讲个小故事:


那是在某年某月的某一天,一个男人和一个女人心心相惜,他们虽然不懂设计,却携手创造了一件在我认为是这个世界上最伟大的作品,那就是我!在整个过程中,男人的精子和女人的卵子搭配、组合,形成一个全新的细胞,而那里面便是组成我的原材料,23对染色体。每条染色体上都带有一定数量的设计因子,我们称它为「基因」,它支持着我生命的基本构造和性能;储存着我的种族、血型、孕育、生长、凋亡过程的全部信息。



在材料准备充分之后,我便被打印了出来,而这个打印的载体便是我的母亲。从那以后,我便开始了在时间维度的延伸下,在万物环境的「催化」中,发生着生、长、病,以及将来老、死的变化;并且还将进一步演绎着生命的繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要的生理过程,周而复始。对于这个过程,大家可能都不太陌生,而且理解得理所当然。


故事讲完了,言归正传。


4D打印到底是怎么回事呢?


其实,上面就是我对4D打印的通俗理解:我们的每一条染色体所蕴藏的基因密码,便是我们这个物体最原始的设计程序编码;而我们这一生的成长过程,也就是人类这个4D打印物在时间这个第四维度,基于万物环境的「催化」而发生的组织变化。换而言之,4D打印跟3D打印的最大区别就在于:3D打印就像现在所有的制造过程一样,是造物呈现的终结;而4D打印则是造物呈现的开始,就像人类的诞生一样。



关于4D打印,度娘怎么说?


为了让大家能更立体全面地了解「犹抱琵琶半遮面」的4D打印,我们先来看看万能的度娘是怎么解释这科幻的玩意儿。


据百度百科词条信息:所谓的4D打印,比3D打印多了一个「D」,也就是时间纬度,人们可以通过软件设定模型和时间,变形材料会在设定的时间内变形为所需的形状。准确地说,4D打印是一种能够自动变形的材料,直接将设计内置到物料当中,不需要连接任何复杂的机电设备,就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。



事情就是这样吗?还是让我们再来看看4D打印的前世今生。


4D打印的诞生


2013年2月26日,在美国加州长滩举行的TED2013大会上,麻省理工学院(MIT)建筑部讲师斯凯拉?蒂比茨(SkylarTibbits)将一种新颖的材料组合用于3D打印机,制造出了一种线状物体,该物体被放入水中时,能改变形状组成字母「MIT」。这是通过将吸水聚合材料与碱性塑料相结合来实现这一效果的技术,被定义为4D打印。



这是一个非常棒的一个概念,它创造出一种能够在被打印出来之后发生改变的物体,而且它们能够进行自我调整。打印将不再是创造过程的终结,而仅仅是一条路径。


「我们想要说的就是,你设计出产品并且打印出来,而它能够进化。它就像在材料中植入了智慧。」Tibbits在一场采访中说道。


4D打印的革命


2014年10月8日,美国《外交》双月刊则发表了题为《准备迎接4D打印革命》的文章。作者牛津大学圣安东尼学院荣誉学者纳伊夫?鲁赞在文章称,4D打印的可能应用是无穷的:数字化制造的真正前途在于第四度空间——打印根据编程随时间而变化的物体。



3D物体是静态的,需要人工控制,而4D物体能够自动对环境作出反应,自行组装、修补或变形。该领域的进步将更多地依赖材料本身,而非打印技术。


4D打印,将科幻变成可能


基于4D打印技术的应用,我们将很快能看到,科幻接入现实。


设想一下,我们生活的每一个城市的地下,都布着满满的地下管道系统。但是它们受容量固定、维护成本高昂,这一直困扰着每个城市的建设者。而伴随着4D打印的到来,利用可编程的材料,每条管道都将能适应变化的环境,通过扩大或缩小来调整容量和流量;而且管道在受损时,还能自行维修或在报废时分解。



再设想一下,4D打印技术应用于国防工业的可能性。比如在美国,陆军利用3D打印技术研发新装备的事实,让我们看到了更前沿军事科技未来。显然,4D打印技术的应用,可以让军方制造出具有能适应各种地形外壳的车辆,或能发现有毒气体的制服。


更有神乎,应用于生物医疗领域的4D打印,将大大改变现有的医疗状况。在3D打印时代,我们已经能够利用3D打印的心脏、肢体骨架等,对人体衰老病变的器官进行替换,由此让人类保持健康。而随着4D打印的出现,无疑将给我们带来更多可能的优化方案。如心脏支架的更换,将不再需要「动刀」了。




我们可以通过4D打印液态的支架,然后通过血液循环系统,将其注射入携带设计方案的智能材料,等其到达心脏指定部位后,再通过自我组装成心脏支架。更有甚者,就如最新的科学研究所告诉世界的,人类的DNA是可以修改的。先撇开道德层面不谈,通过对DNA的编辑,至少给人类永保健康打开了一扇窗。而4D打印将是打开这扇窗的一把金钥匙。

(责任编辑:admin)

weixin
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