4D打印機結(jié)合四種3D打印技術(shù)，制作可變形電子元件

2018年3月24日，南極熊獲悉，佐治亞理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出了一種4D打印機，可以同時創(chuàng)建軟、硬材質(zhì)的部件，并將導(dǎo)電線直接安裝到形狀可改變的3D打印結(jié)構(gòu)中。

H. Jerry Qi博士在美國化學(xué)學(xué)會第255屆全國會議和展覽會上發(fā)表講話，向?qū)＜矣^眾介紹了這款新型4D打印機 （一種能夠打印變形結(jié)構(gòu)的多技術(shù)3D打印機 ），以及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打印機據(jù)稱可以制造自組裝結(jié)構(gòu)，在受到熱量和其他刺激后可以改變形狀。打印機可以特別有價值，因為它能夠一次打印多種材料。

Qi表示：“我們正在開發(fā)新一代設(shè)備，可以大大拓展3D和4D打印的實際應(yīng)用。我們的原型打印機集成了許多功能，似乎可以簡化和加速傳統(tǒng)3D打印中使用的流程。”

就該打印機的應(yīng)用而言，佐治亞理工學(xué)院將這一標準設(shè)定得很高，稱打印在機器上的物品可能會跨越多個學(xué)科轉(zhuǎn)變許多流程。

“我們可以使用各種材料同時制造堅硬和柔軟的部件，將導(dǎo)電線直接結(jié)合到形狀改變的結(jié)構(gòu)中，并最終為開發(fā)可重塑我們世界的大量4D產(chǎn)品開創(chuàng)了舞臺”Qi博士說。

我們實際上在去年寫了關(guān)于這項研究的早期階段，當時Qi博士和同事開始與新加坡科技與設(shè)計大學(xué)（SUTD）和中國西安交通大學(xué)的研究人員合作。

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

今天，這項研究已經(jīng)走過了一段很長的路，研究人員正在接近完善一臺可操作的4D打印機，該打印機將4種獨特的3D打印技術(shù)整合到一臺機器中。

這些技術(shù)是氣溶膠，噴墨，直接墨水書寫和熔融沉積（FDM），并且憑借這些多種3D打印功能，4D打印機可以處理各種材料，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是變形四維打印過程的關(guān)鍵要素，可以編程為“記憶”形狀，然后在加熱時轉(zhuǎn)換成預(yù)先設(shè)定的形狀。

此外，這款多功能3D打印機可以投射一系列白色，灰色或黑色的光線，以形成并固化組件。研究人員說，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打印機甚至可以使用其直接墨水寫入打印頭將零件中的電線布線。

該團隊目前正在與亞特蘭大兒童醫(yī)療保健部門合作，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，所以沒有很多商業(yè)利益，大多數(shù)保險不包括這筆費用，”Qi博士說。 “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打印機能夠幫助他們克服這些困難。”

我們期待看到這種4D打印技術(shù)如何發(fā)展。


編譯自：3ders