佐治亞理工學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種4D打印機(jī)，可以同時(shí)創(chuàng)建硬件和軟件，并將導(dǎo)電線(xiàn)直接安裝到形狀改變的3D打印結(jié)構(gòu)中。

H. Jerry Qi博士在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)第255屆全國(guó)會(huì)議和展覽會(huì)上發(fā)表講話(huà)。昨天向?qū)＜矣^眾介紹了新型4D打印機(jī) - 一種能夠打印變形結(jié)構(gòu)的多技術(shù)3D打印機(jī) - 如何能夠加速在航空航天，醫(yī)藥和其他行業(yè)中使用4D打印。

這種不尋常的新型3D / 4D打印機(jī)據(jù)稱(chēng)可以制造自組裝結(jié)構(gòu)，在受到熱量和其他刺激后可以改變形狀。打印機(jī)可以特別有價(jià)值，因?yàn)樗軌蛞淮未蛴《喾N材料。

Qi表示：“我們正在開(kāi)發(fā)新一代設(shè)備，可以大大拓展3D和4D打印的實(shí)際應(yīng)用?！?“我們的原型打印機(jī)集成了許多功能，似乎可以簡(jiǎn)化和加速傳統(tǒng)3D打印中使用的流程?！?/span>

就該打印機(jī)的有用應(yīng)用而言，佐治亞理工學(xué)院將這一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定得很高，稱(chēng)印在機(jī)器上的物品可能會(huì)跨越多個(gè)學(xué)科轉(zhuǎn)變?cè)S多流程。

“我們可以使用各種材料同時(shí)制造堅(jiān)硬和柔軟的部件，將導(dǎo)電線(xiàn)直接結(jié)合到形狀改變的結(jié)構(gòu)中，并最終為開(kāi)發(fā)可重塑我們世界的大量4D產(chǎn)品開(kāi)創(chuàng)了舞臺(tái)”齊說(shuō)。

我們實(shí)際上在去年寫(xiě)了關(guān)于這項(xiàng)研究的早期階段，當(dāng)時(shí)Qi和同事開(kāi)始與新加坡科技與設(shè)計(jì)大學(xué)（SUTD）和中國(guó)西安交通大學(xué)的研究人員合作。

他們?cè)赟cience Advances上發(fā)表的最初4D打印研究展示了如何將“機(jī)械編程后處理步驟”直接結(jié)合到3D打印過(guò)程中，從而允許創(chuàng)建3D打印物體，通過(guò)加熱將其轉(zhuǎn)化為新物體。

今天，這項(xiàng)研究已經(jīng)走過(guò)了一段很長(zhǎng)的路，研究人員正在接近完善一臺(tái)可操作的4D打印機(jī)，該打印機(jī)將4種獨(dú)特的3D打印技術(shù)整合到一臺(tái)機(jī)器中。

這些技術(shù)是氣溶膠，噴墨，直接墨水書(shū)寫(xiě)和熔融沉積建模（FDM），并且憑借這些多種3D打印功能，4D打印機(jī)可以處理各種材料，包括硬質(zhì)和彈性材料，如水凝膠，銀納米顆粒 - 基于液體的導(dǎo)電油墨，液晶彈性體和形狀記憶聚合物或SMP。

這些SMP是變形四維打印過(guò)程的關(guān)鍵要素，可以編程為“記住”形狀，然后在加熱時(shí)轉(zhuǎn)換成形狀。

此外，這款多功能3D打印機(jī)可以投射一系列白色，灰色或黑色的光線(xiàn)，以形成并固化組件。研究人員說(shuō)，這種灰度照明觸發(fā)了一種“交聯(lián)反應(yīng)”，可以改變組件的行為。

例如，較亮的燈罩可以創(chuàng)建較硬的部分，而較暗的燈罩可以產(chǎn)生較柔軟的部分。通過(guò)結(jié)合固化設(shè)置，3D打印物體可以制作成與結(jié)構(gòu)的其他部分不同的彎曲或拉伸。

為了使這些4D打印物體更具功能性，3D打印機(jī)甚至可以使用其直接墨水寫(xiě)入打印頭將零件中的電線(xiàn)布線(xiàn)。

該團(tuán)隊(duì)目前正在與亞特蘭大兒童醫(yī)療保健部門(mén)合作，研究是否可以使用4D打印技術(shù)為患有畸形手臂的兒童打印假手。

“只有一小部分孩子有這種情況，所以沒(méi)有很多商業(yè)利益，大多數(shù)保險(xiǎn)不包括這筆費(fèi)用，”齊說(shuō)。 “但這些孩子在日常生活中遇到很多挑戰(zhàn)，我們希望我們的新型4D打印機(jī)能夠幫助他們克服這些困難?！?/span>

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