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目前3D打印技術(shù)已經(jīng)非常普及，而4D打印就是在三個(gè)維度的立體空間中進(jìn)行的3D打印再增加一個(gè)時(shí)間維度，使打印的物體能夠隨時(shí)間的延續(xù)按照預(yù)先設(shè)計(jì)的要求發(fā)生外型和結(jié)構(gòu)的變化，最終形成所需要的物體。4D打印技術(shù)屬于世界最前沿，目前世界上只有為數(shù)不多的科研團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行前瞻性研究，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)工程設(shè)計(jì)與計(jì)算實(shí)驗(yàn)室發(fā)布消息稱，依據(jù)他們提出的4D打印設(shè)計(jì)原理，可以精確的控制預(yù)先用3D打印技術(shù)在平面打印完成的物體的變形過程，最終獲得預(yù)先設(shè)計(jì)的具有一定強(qiáng)度和剛度的三維結(jié)構(gòu)，這在世界上還屬首次。
該科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種計(jì)算機(jī)模擬軟件，其核心是設(shè)計(jì)出一種特殊的樞紐單元，它由一個(gè)固定（剛性）的部件和一個(gè)可移動(dòng)（彈性）的部件構(gòu)成，具有多種穩(wěn)定狀態(tài)。由這種樞紐單元可組合成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，并因?yàn)楦鱾€(gè)單元具有有限幾種穩(wěn)定狀態(tài)，可根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的目標(biāo)結(jié)構(gòu)對其變形的過程進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)。
科研人員已應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的3D打印設(shè)備在平面上一次打印出一個(gè)作為驗(yàn)證原理用的樣品，其樞紐單元具有兩種穩(wěn)定的狀態(tài)，其主體結(jié)構(gòu)（固定部件）用塑性高聚物為材料，可移動(dòng)部分用彈性高聚物為材料，對所獲得的這種具有平面結(jié)構(gòu)的樣品用手工調(diào)整其樞紐單元的狀態(tài)后可形成各種不同的立體結(jié)構(gòu)。科研人員稱，正在對結(jié)構(gòu)變形的過程設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膭?dòng)力裝置，如氣壓裝置或者應(yīng)用在不同濕度環(huán)境中具有膨脹性能的材料，完成結(jié)構(gòu)的自動(dòng)變形過程。
4D打印具有非常廣闊的應(yīng)用前景，比如用3D技術(shù)在平面上制作部件，到特定使用現(xiàn)場再使其展開成最終所需的結(jié)構(gòu)和形狀，技術(shù)簡單、效率高，體積小便于運(yùn)輸。航空航天領(lǐng)域可能是4D打印最先得到應(yīng)用的領(lǐng)域（這種原理在航天技術(shù)上已經(jīng)有所應(yīng)用，如航天領(lǐng)域的許多工具，在向空間發(fā)射運(yùn)送階段是處于緊湊狀態(tài)，到達(dá)航天器后再展開投入使用），再如醫(yī)療領(lǐng)域的植入人體器官的各種支架等。
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