瑞士4D打印技術研發取得進展  

發布時間:2017-06-21 09:53    來源:科技部
 

關鍵詞:瑞士 4D打印 3D打印 時間維度

摘要:4D打印技術屬于世界最前沿,目前世界上只有為數不多的科研團隊在進行前瞻性研究,瑞士蘇黎世聯邦理工大學工程設計與計算實驗室發布消息稱,依據他們提出的4D打印設計原理,可以精確的控制預先用3D打印技術在平面打印完成的物體的變形過程,最終獲得預先設計的具有一定強度和剛度的三維結構,這在世界上還屬首次。

  目前3D打印技術已經非常普及,而4D打印就是在三個維度的立體空間中進行的3D打印再增加一個時間維度,使打印的物體能夠隨時間的延續按照預先設計的要求發生外型和結構的變化,最終形成所需要的物體。4D打印技術屬于世界最前沿,目前世界上只有為數不多的科研團隊在進行前瞻性研究,瑞士蘇黎世聯邦理工大學工程設計與計算實驗室發布消息稱,依據他們提出的4D打印設計原理,可以精確的控制預先用3D打印技術在平面打印完成的物體的變形過程,最終獲得預先設計的具有一定強度和剛度的三維結構,這在世界上還屬首次。

  該科研團隊開發出一種計算機模擬軟件,其核心是設計出一種特殊的樞紐單元,它由一個固定(剛性)的部件和一個可移動(彈性)的部件構成,具有多種穩定狀態。由這種樞紐單元可組合成復雜的三維結構,并因為各個單元具有有限幾種穩定狀態,可根據預先設計的目標結構對其變形的過程進行精確的設計。科研人員已應用標準的3D打印設備在平面上一次打印出一個作為驗證原理用的樣品,其樞紐單元具有兩種穩定的狀態,其主體結構(固定部件)用塑性高聚物為材料,可移動部分用彈性高聚物為材料,對所獲得的這種具有平面結構的樣品用手工調整其樞紐單元的狀態后可形成各種不同的立體結構。科研人員稱,正在對結構變形的過程設計適當的動力裝置,如氣壓裝置或者應用在不同濕度環境中具有膨脹性能的材料,完成結構的自動變形過程。

  4D打印具有非常廣闊的應用前景,比如用3D技術在平面上制作部件,到特定使用現場再使其展開成最終所需的結構和形狀,技術簡單、效率高,體積小便于運輸。航空航天領域可能是4D打印最先得到應用的領域(這種原理在航天技術上已經有所應用,如航天領域的許多工具,在向空間發射運送階段是處于緊湊狀態,到達航天器后再展開投入使用),再如醫療領域的植入人體器官的各種支架等。

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