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福建科曼三維打印技術(shù)有限公司
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福建科曼三維打印技術(shù)有限公司
閱讀：501發(fā)布時(shí)間：2023-3-21
導(dǎo)讀：2022年3月13日，4D是3D打印的一個(gè)新分支，盡管許多人不太了解 3D 打印的工作原理，但該技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了另一個(gè)維度。4D對比3D增加了時(shí)間維度，未來在一些特定的項(xiàng)目中一定會(huì)大放異彩。
△目前3D打印材料市場需求持續(xù)增長。 圖片來自apartmenttherapy
目前3D打印技術(shù)已經(jīng)變得更快、更高效、更實(shí)惠，通過將3D打印技術(shù)與機(jī)床的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)3D打印工業(yè)零部件，極大程度降低精密零部件的制造成本，縮減制造時(shí)間，在航空航天、醫(yī)療建筑以及汽車等領(lǐng)域有著重要作用。
4D物體會(huì)隨著時(shí)間而改變
4D打印可以通過使用不同特性的形狀記憶材料來實(shí)現(xiàn)元件對外部環(huán)境變化的響應(yīng)。這種反應(yīng)是外部刺激對材料的“驅(qū)動(dòng)”效應(yīng)。4D打印的研究主要集中在開發(fā)能夠響應(yīng)外界刺激的智能材料。該技術(shù)在過程中添加了一個(gè)新元素，允許打印的對象隨時(shí)間改變形狀。這種生長元素不僅會(huì)在打印過程中發(fā)揮作用，還會(huì)通過用于打印的材料(如水凝膠或形狀記憶聚合物)來實(shí)現(xiàn)。
理論上，這種材料會(huì)對諸如熱、光和壓力等環(huán)境因素做出反應(yīng)，就像自然界中的植物和花朵一樣。4D打印材料的實(shí)驗(yàn)表明，這些物體可以記住它們的形狀，但預(yù)計(jì)4D物體也可以在打印后改變大小，從而使大型物體可以在較小的打印機(jī)上打印。
該技術(shù)未來可能會(huì)在一些特定項(xiàng)目中派上用場，比如自我組裝家具、柔性水管(可以根據(jù)水壓伸縮)，甚至醫(yī)用支架(只有在識(shí)別出需要植入的身體部位時(shí)才會(huì)展開)。
4D牙齒矯正器的好處
研究人員利用4D打印部件具有隨時(shí)間（第四維度）改變形狀的能力，將 4D 技術(shù)引入正畸矯正器的制造中。越來越多的人為了美觀會(huì)選擇隱形矯治器（透明牙套），牙科診所一般會(huì)量身定做幾十副牙套，每1-2個(gè)星期戴一副，逐漸調(diào)整牙齒角度，最終實(shí)現(xiàn)牙齒矯正。但是，因?yàn)橐鲙资毖捞?，不免有些麻煩和?/span>
費(fèi)。那么有沒有更好的技術(shù)方案呢？
△4D牙齒矯正器可以降低相關(guān)成本。圖片來自Prodways
對于這種矯治器，研究人員關(guān)注兩個(gè)主要因素：考慮傳統(tǒng)材料的缺點(diǎn)和生物牙齒移動(dòng)。
在市場上大多數(shù)流行的矯治器系統(tǒng)中，每個(gè)矯治器只能使牙齒移動(dòng)0.2到0.3毫米，或每次旋轉(zhuǎn)1°至3°，每個(gè)矯治器要佩戴大約14天，然后更換下一副矯治器。因此，牙齒的矯正周期很長，且成本很高。另一方面，形狀記憶聚合物(SMP)是牙科領(lǐng)域的新型材料之一，特別是用于正畸應(yīng)用，為醫(yī)療材料的應(yīng)用提供了巨大的潛力。
通過4D打印技術(shù)制造的形狀記憶矯正器實(shí)現(xiàn)了牙齒正畸測量和模擬系統(tǒng)（OMSS）中一致的移動(dòng)效果。結(jié)果是單個(gè)形狀記憶矯正器實(shí)現(xiàn)的錯(cuò)牙移動(dòng)幾乎等于10個(gè)傳統(tǒng)矯正器可以實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)量。
點(diǎn)評：隨著聚合物材料的不斷發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)中新的4D打印應(yīng)用有望增長。4D打印聽起來像是來自遙遠(yuǎn)的未來，但實(shí)際上，它正在取得巨大的進(jìn)步，未來4D打印的研究工作還需要廣泛整合材料科學(xué)、信息科學(xué)、機(jī)械工程、力學(xué)等學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，才能實(shí)現(xiàn)增材技術(shù)與智能材料的深度融合。
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