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4D打印是一個相對較新的概念，它擴展了3D打印的概念，通過加入時間這一維度（作為第四維）來制造能夠隨時間改變形態(tài)的物體。具體來說，4D打印是通過使用特殊的材料和設計策略，制造出能夠在受到某種刺激（如溫度、濕度、光線或其他環(huán)境因素）時自動改變形態(tài)的物體。
以下是4D打印的主要特點：
智能材料：4D打印使用的是一些“智能”或“可響應”的材料，它們能夠在受到特定刺激時改變自己的形態(tài)或性質。
時間因素：這些物體不僅僅是在打印完成后保持靜態(tài)的。相反，它們是設計成在后續(xù)的某個時間點，通常是在受到某種外部刺激時，進行形態(tài)的變化。
多功能性：這些打印出來的物體可以根據(jù)外部環(huán)境或使用需求進行自我調整和適應。
4D打印的潛在應用非常廣泛，從醫(yī)療設備、建筑、服裝，到機器人學和更多其他領域，它都有可能帶來巨大的變革。例如，可以設計出能夠根據(jù)天氣變化而自動調整形態(tài)的衣物，或是能夠根據(jù)土壤濕度而調整形態(tài)的植物支撐結構，以及能夠在體內釋放藥物的可響應植入物等。
隨著時代的進步，4D 打印技術正逐漸走入我們的視野。這種技術又被稱為變形系統(tǒng)，它將時間作為 3D 打印的第四維。利用這些特殊的材料，它們能夠在遇到熱、光、濕度、電流或壓力等外部因素時改變形狀或特性。設想一下，高科技紡織品根據(jù)濕度變化透氣性，或是管路系統(tǒng)能夠隨溫度波動膨脹或收縮。盡管 4D 打印技術還在早期階段，但其潛在對眾多行業(yè)的影響是不言而喻的。為此，我們采訪了多位增材制造領域的權威。
醫(yī)療領域
傳統(tǒng)的醫(yī)療植入件受到其固定結構的局限，而 4D 打印則打破了這一局限。因為其具備變形的特性，植入件能夠隨著時間流逝與患者身體更好地融合。例如，醫(yī)生能夠制造出能擴張和收縮的牙科植入件，以適應患者的口腔結構。
來自 Nissha Medical Technologies 的制造專家 Robert Jones 表示，4D 打印的潛力并不僅限于植入件。他表示：“這項技術可以非常精確地控制體內藥物釋放?！毖芯恳呀?jīng)顯示，科研人員正在開發(fā)針對刺激響應和特定藥物輸送的 4D 打印水凝膠。這種水凝膠能夠感應患者的體溫、pH 值、血壓或某些特定酶，并在適當?shù)臅r間和地點釋放藥物，對于需要實時藥物供應的病人，這無疑是一項巨大的進步。
航空航天
4D 打印在航空航天領域具有巨大的潛在價值。其變形部分可以使飛行器更好地適應不同的飛行環(huán)境，從而減少風阻、提高性能和效率。據(jù)康考迪亞大學研究，4D 打印制造的無人機翅膀能夠應變，彎曲幅度可達 20 度，極大提高其飛行效率。此外，4D 打印材料還能助力于研發(fā)衛(wèi)星和宇宙飛船的輕盈、靈活結構，從而降低空間探索的成本和難度。
APAPTA 的主管 Adrian Nordtomme 認為，4D 打印不僅僅會影響航空航天行業(yè)。他提到：“利用電流，而非熱或光，作為刺激源進行4D打印可能會帶來很大的好處。這將對汽車、航空和船舶制造行業(yè)產生深遠影響，特別是在空氣動力學結構調整方面?！?/p>
服裝行業(yè)
利用變形系統(tǒng)，設計師將能制造出能夠根據(jù)環(huán)境變化和穿戴者需求進行調整的衣物和配件。眾多研究團隊和品牌，例如阿迪達斯，已經(jīng)開始探索 4D 打印鞋的制造。這些鞋旨在適應每位用戶的腳型和行走習慣，從而提供卓越的舒適度和性能。運動員可能會因此獲得更多競技優(yōu)勢。
Hubs 的 3D 打印專家 Robin Brock?tter 分析了 4D 打印對時尚界的潛在影響。他描述：“設想一下，一件外衣能根據(jù)冷熱調整厚度，或者戶外裝備能在人體出汗時增強其通風功能。同時，4D 打印制造的連衣裙能根據(jù)穿戴者的移動調整其紋理和形態(tài)，展現(xiàn)出動態(tài)、多變的設計風格?！?/p>
家具行業(yè)
4D 打印使得家具自我組裝成為現(xiàn)實。消費者無需繁瑣的安裝步驟和工具，僅需觀察家具自我形成的過程。這種組裝方式不僅省時省力，還使得家具更加普及。為更好地理解這一概念，大家可以查看麻省理工學院關于自組裝立方體的演示視頻。
Hubs 的機械專家 Francesco Rivalta 認為變形技術將徹底改變家具行業(yè)。他說：“這可能比平板包裝家具更具革命性。設想只需用吹風機即可組裝成一張椅子?！?/p>
包裝領域
4D 打印能夠創(chuàng)造出對雨、冷熱等環(huán)境因素具有高度適應性的包裝材料。此外，該技術還能使包裝過程自動化。瓊斯基于自己在 Nissha Medical Technologies 的經(jīng)驗指出：“藥品在運輸過程中經(jīng)常面臨溫度過高或過低的問題。4D 打印制造的智能包裝能自動調整其內部空間來維持恒溫。”
結論
4D 打印是一個巨大的創(chuàng)新步伐。盡管它仍然處于早期研究階段，但其潛在價值已經(jīng)為眾多行業(yè)所認可。這項技術預示著一個更加智能、高效的未來，將在許多領域中發(fā)揮其獨特之處。
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