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【中國(guó)智能制造網(wǎng) 智造快訊】日前，美國(guó)喬治亞理工學(xué)院開(kāi)發(fā)了一種“記憶”形狀，可以在特定的溫度情況下一次又一次的回到原來(lái)的狀態(tài)，這種形狀記憶4D打印或?yàn)樘仗剿麂伷降缆?。根?jù)MarketsandMarkets發(fā)布的關(guān)于4D打印的新市場(chǎng)研究報(bào)告，4D打印有望在2019年商業(yè)化。
關(guān)于4D打印，哈佛大學(xué)曾實(shí)現(xiàn)可控的4D打印，像植物生長(zhǎng)和花朵綻放，4D打印的水凝膠復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了的局部腫脹和變形的行為。此外水凝膠復(fù)合材料中含有來(lái)自木材的纖維素纖維，這些纖維是使植物的形狀發(fā)生變化的微觀結(jié)構(gòu)。
如今，喬治亞理工學(xué)院開(kāi)發(fā)了一種“記憶”形狀，可以在特定的溫度情況下一次又一次的回到原來(lái)的狀態(tài)，這種形狀記憶4D打印或?yàn)樘仗剿麂伷降缆贰?br />
到空間中的物體的重量和所占體積對(duì)于穿梭任務(wù)來(lái)說(shuō)是非常重要的，科學(xué)家們追求越緊湊越不占空間的解決方案。喬治亞理工學(xué)院通過(guò)3D打印機(jī)創(chuàng)建小型結(jié)構(gòu)，以便在暴露于熱量的時(shí)候延展，這種思路可以拓展到空間應(yīng)用。
這是4D打印的一種形式，指的是3D打印出來(lái)的結(jié)構(gòu)在打印后受到外界的刺激而改變形狀。這里的第四個(gè)維度是時(shí)間。不僅僅是哈佛大學(xué)，包括麻省理工學(xué)院這樣的學(xué)校還研究過(guò)可控的表面紋理變化4D打印技術(shù)。喬治亞理工學(xué)院的研究與大多數(shù)研究的區(qū)別在于其使用狀態(tài)，這種通過(guò)電纜連接在一起的系統(tǒng)，輕巧、在膨脹的時(shí)候堅(jiān)固、在收縮的時(shí)候容易倒塌，這使其成為太空探索的理想選擇。
結(jié)構(gòu)完全由一系列3D打印機(jī)創(chuàng)建并組裝起來(lái)，當(dāng)放置在149度水中浸泡時(shí)，它們開(kāi)始展開(kāi)。這是一種靈活的材料，這些結(jié)構(gòu)將能夠神奇的恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，如果一切順利，這項(xiàng)技術(shù)終可以用于空間結(jié)構(gòu)和機(jī)器人以及各種生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。
4D打印是指在第四維度形狀或功能發(fā)生改變，換句話說(shuō)，4D打印允許對(duì)象被3D打印后其形狀和材料特性暴露在一個(gè)預(yù)先確定的刺激如浸沒(méi)在水中，或暴露于熱、壓力、電流、紫外線或一些其他的能源刺激下，其功能或形狀發(fā)生特定的改變。
MarketsandMarkets發(fā)布關(guān)于4D打印的新市場(chǎng)研究報(bào)告《4D打印市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)及預(yù)測(cè)-按材料、行業(yè)和地域細(xì)分，2019—2025》。該報(bào)告預(yù)測(cè)4D打印將在2019年商業(yè)化，規(guī)模有望達(dá)到6300萬(wàn)美元，到了2025年，4D打印市場(chǎng)將達(dá)到5.556億美元。可編程的碳纖維，可編程的木材和可編程的紡織材料將是主要的材料類(lèi)別，其中可編程的碳纖維預(yù)計(jì)占市場(chǎng)份額的62%。而行業(yè)上，國(guó)防軍工相關(guān)應(yīng)用的市場(chǎng)份額將達(dá)到55%。
上研究3D打印的機(jī)構(gòu)集中在一些的科研機(jī)構(gòu)中，麻省理工的研究人員使用了模擬軟件，通過(guò)建模模擬出顆粒結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的復(fù)合材料物體。經(jīng)過(guò)仿真可以展示出對(duì)象究竟會(huì)對(duì)表面壓力如何反應(yīng)。而一旦仿真結(jié)果滿足他們的要求，他們就用多材料3D打印機(jī)將其打印出來(lái)。產(chǎn)品具有間歇性和隨機(jī)性的豐富多樣的表面特征變化，包括可變波、折皺狀的特征、平頂、谷底等，可以通過(guò)改變顆粒的無(wú)因次幾何參數(shù)(例如，相對(duì)的顆粒大小、形狀、間距和分布等)來(lái)獲得。這些表面特征可以通過(guò)顆粒定位來(lái)實(shí)現(xiàn)變量可控。一旦這項(xiàng)技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，我們將看到許多應(yīng)用會(huì)因此涌現(xiàn)。這種技術(shù)可能的應(yīng)用包括：偽裝的制造；可以推進(jìn)、吸引或引導(dǎo)液體流動(dòng)的材料；反光材料和每隔一段時(shí)間移位的材料，比如說(shuō)可以應(yīng)用到限制海洋生物在輪船的底部堆積。
來(lái)自德國(guó)Freiberg的研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出面向未來(lái)的高性能材料：記憶性材料，可以自行愈合裂隙或回復(fù)原狀。研究中心的設(shè)備是瑞典的Arcam EBM設(shè)備，利用高功率密度的電子束沖擊工件時(shí)所產(chǎn)生的熱能使材料熔化、氣化的特種加工方法。通過(guò)電子束熔融的制造方法來(lái)生產(chǎn)帶記憶功能的零件，這就像彈力回形針，如果受到歪曲，把它放到熱水里面，就像被施了魔法，跳回到原來(lái)的樣子。這個(gè)項(xiàng)目可以用于汽車(chē)制造和航空航天制造業(yè)來(lái)滿足特殊的要求。在航空航天領(lǐng)域，可以用來(lái)調(diào)整機(jī)翼結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同的飛行情況。另外，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)大量復(fù)雜的管道系統(tǒng)也非常適合這種材料的應(yīng)用。
(原標(biāo)題：形狀記憶4D打印或?yàn)樘仗剿麂伷降缆?
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