4d打印的神奇之处_3d打印机打印模型

2024年 7月 4日下午4:21 • 激活谷笔记

一千多年前，2D活字印刷现世，我们可以在纸面上“复制”文字。

随着3D打印技术的出现，我们可以打印立体的物品。例如，一朵立体的花。

那有没有一种技术可以让这朵花跟上现实时间的脚步，像真花一样随着太阳升起，慢慢绽放呢？

也许4D打印技术可以做到！

什么是4D打印?

2013年，美国学者 Skylark Tibbits 在一场名为The emergence of “4D printing”的TED演讲中首次提出了4D打印的概念：复杂的3D打印结构能随着时间的推移改变自己的构型。

一般意义上，4D打印可以简单理解为“3D+时间”；广义上，除了形状变化外，3D打印的复杂形状响应外界刺激从而产生性能、功能变化都可以被称为4D打印，外界刺激作用场则主要包括热、磁、光、湿度、pH等等。

4D打印技术的核心在于可编程、可设计的，特定条件下可随时间变化的结构，而它的实现离不开两个重要基础：成熟的增材制造技术（即我们了解的3D打印），和符合4D打印功能要求的智能材料（往往是具有形状记忆效应的材料）。

像我们所熟悉的科幻电影《变形金刚》、《毒液》，其形态通过在特定的条件下能聚散成预先设计好的结构。

不仅如此，例如毒液的外衣还拥有刀枪不入、迅速愈合的能力。

这些都赋予了4D打印更多的创造性和可能性。就像当初3D打印的出现改变了人们对造物的看法，那么4D打印的发明的意义在于它改变了我们对物体存在状态的认知。

▲4D打印的衣服

4D打印的应用

2019年，苏黎世联邦理工学院间接地利用4D打印技术制作出了比原有支架小上40倍的迷你支架。他们首先利用激光，制作出了一个支架模具，并将记忆材料装入模具，最后将模具融化。这种记忆材料可以“记住”自己原本的形状，即便变形也能够恢复到原有的结构。

因此，该技术也被应用在治疗心血管堵塞或是胎儿尿道狭窄患者的治疗上，在压缩进入胎儿体内后，受到体温的影响，这种微型支架可以自行扩张成原有的形状，帮助扩张胎儿的尿道。

虽然现在这种微型支架还无法用于临床测试，但科学家认为这种利用4D打印的技术是未来更多微创手术的敲门砖。

每一个物件都可以依照需求而自己产生变化，进行调整和修复，就像是人工制造的生态系统，节省大量的人工成本和物料成本，让我们身处一个更为有机的动态低能耗世界。

比如现在的地下水管需要依旧需求量来决定使用的管粗，当需求量出现变化需要更换管道时就需要把厚重水管从地下挖出再换上新的，耗费大量成本和时间内，但4D打印可以通过感知水速来自行改变形状来控制水流大小并进行自我修复。相应的原理也可以应用于医疗、航空等领域，提升效率减少不必要的劳动。

云端助力科技突破

爱因斯坦的老师赫尔曼·闵可夫斯基将相对论整理成为四维矢量的表达形式后，提出了“四维空间”的概念，即四维世界比三维世界多了一维时间。

4D打印比起3D打印多出一个“D”来，也是相同的道理，指的就是物体在温度、湿度等特定刺激下，其外形随着时间变化，按照预先设计的路径发生改变。

十几年前，3D打印技术还是一个仅存在于工业场所或是实验室的技术。而今天，我们甚至可以购买家用3D打印机，按照自己的想法设计模型。

就像传统的3D软件建模也在逐渐转换成为更加智能轻便的自动化云端建模，仅仅通过拍照扫描就能一键生成三维模型，也为3D打印提供了更加方便快捷的支持。

云端地球也正是顺应时代发展应运而生，作为国内首家实景三维重建云平台，也在积极听取用户的需求意见，提供更加优质的建模体验和打印服务。

云端地球优先采用公认的环境友好型生物可降解塑料PLA作为打印材料（后续会增加树脂、金属等其他材料）。

通过FDM或是光固化等打印方式为用户提供优质的模型成品。

随着技术的进步，4D打印也有可能逐渐走进我们的城市，给我们的生活带来现在尚且难以想象的可能性。

新的技术是在改变我们对世界的认知方式同时提供给我们创新的工具。虽然4D打印还未普及，但要时刻保持对当下发展趋势的敏锐度及好奇心才能创造出突破性的创新，这也正是云端地球一直以来坚持发展的动力。