3D列印落伍了,科學家創造出4D列印技術!

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對於可變形材料的粉絲來說,本週有個好消息:科學家已發展出一種新科技,能從四維空間製造變形物體。

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它本身沒有它聽起來那麼戲劇化,但這項科技仍很瘋狂。

美國、中國、新加坡的多國研究團隊,已發展出一種新的列印物體和工具的程序,當材料加熱時,它可以改變形狀。這個新技術屬於4D列印,它所製造的材料,印出時是一種結構,完成時又是另一種結構。這項研究在今日發表於科學前緣期刊(Science Advances)。

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4D列印一詞聽起來可能很像騙人的,但它確實是3D列印的一種特別方法。在物理學中,觀察四維空間的一個方法,就是將它視為時間。在空間中的任何物體都有四維空間:長度、寬度、深度、存續時間。有了4D列印,時間元素變成列印系統的一部分,導致材料從列印機出現時是一種形狀,但最後又變成另一種形狀。

喬治亞理工學院的機械工程教授、主要研究者Jerry Qi說:「4D列印意味著,列印物的形狀會隨著時間的作用改變。時間是變形過程的部分重點。如同這項研究所呈現的結果,列印物受熱後會戲劇性的改變它的形狀。」

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Qi說,新的4D列印法大膽邁入四維空間,靠的是稱為形狀記憶聚合物(SMPs)的材料。以先進電腦程式設計的形狀記憶聚合物,它包含2種或更多種合成物,每一種都有不同的溫度特性。

例如,可用內應力(internal stress)印出鉸鍊,而內應力只在鉸鍊材料受熱時才會形成。形狀記憶聚合物會「記憶」多種形狀,視內建應力元素的形成方式、地點而定。加上熱度,鉸鍊會擺動,變成特定的結構,就好像這個物體會自行組裝一樣。

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Qi提到,還能徹底改變這項新技術,以便使用熱度之外的觸發因子。

他說明:「加熱只是一種激化形狀改變的方法,但隨著更多材料的取得,我們能透過電或光來改變形狀。」

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「列印並加熱」並非全新的方法,但Qi的程序對先前的形狀記憶聚合物設計來說,有一些技術上的益處。在材料冷卻時,手動處理材料,這些列印的材料就可以變成多種形狀。要回復到原本的形狀,你只須再次加熱即可。根據研究團隊的說法,這個方法為生產者列印並省下高達90%的材料,同時排除費時的機械製程。

說到科技的未來應用層面,完全沒有極限。

Qi說:「自組傢俱、生物醫學裝置、軟機器人,全都是潛在的未來應用層面。舉例來說,列印物可用來當作電子裝置的平臺。當你在一個平坦的平臺上操作,安裝電子產品就簡單了。安裝完後,我們將結構加熱,它就變成3D的形狀。」

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想像遙遠未來的情況,4D列印極接近科幻片的概念,就像星艦迷航記的著名複製機一樣。需要一臺新手機嗎?只要印出一個平坦的模板,把它放到微波爐中就行了。有一群人要來家裡玩?只要列印並加熱一張新的組合式沙發即可。

未來將會很有趣的。

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來源: Seeker