3D打印方兴未艾 4D打印悄然兴起
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  在2015国际消费类电子产品展览会(CES)上,美国神经系统设计工作室推出了一款用4D技术打印出的运动学连衣裙。这款裙子有3212个零件,用4709个接环连接在一起,一经推出便引起人们对4D打印技术的关注。

  3D打印方兴未艾,4D打印作为最新的技术,发展现状及前景如何?赛迪智库研究显示,受当前3D打印机、3D打印材料以及技术成熟程度等因素影响,4D打印目前还停留在研发和试验阶段,尚不具备大规模应用的可能。但我国相关研究机构同样需要积极布局,并行跟进这项有着广阔应用前景的技术。

  4D打印产品惊艳亮相

  真空中放置的平板,受外力刺激后会自动变形成沙发;地下管道可以随着外部环境变化而扩大或缩小,以调整容量和流量,甚至还能在受损时自行维修或在报废时分解这些似乎只有在动画片中才能见到的魔幻情景,借助4D打印技术将变为现实。

  2013年年初,美国麻省理工学院自组装实验室主任斯凯拉蒂比茨公开展示了4D打印的技术成果将一根看似普通的材料部件(线条)放入水中,随着时间的变化,线条在没有任何外接设备参与的情况下,经过一系列的盘曲折叠,最终形成了一个正四面体。

  蒂比茨解释说,他是通过在材料部件中嵌入预设编码程序,使之按照预先设定的结构和外观模式自行组装完成。

  专家表示,与传统的3D打印技术相比,4D打印技术在其基础上引入了第四维,即指产品被制造后仍能在特定时间改变形状和功能,实现自我组建,从而使产品具有自组织功能和动态演变能力。具体来说,4D打印是在3D打印过程中采用自我变形材料,在计算机辅助设计的导引下,经过层层堆积生成零部件的加工工艺,被打印物体可以随着时间的推移而在形态上发生变化。

  事实上,4D打印基本沿袭了3D打印的工艺原理,只是在所采用的打印材料上进行了创新,即在3D打印的概念中加入了时间元素,从而由过去的三维立体打印扩展为四维打印。

  在对4D打印技术持乐观态度的人士看来,这项技术将是一项左右世界未来制造业发展的革命性技术突破,有可能彻底颠覆传统的制造业;而保守者则认为,4D打印还只停留在概念领域,目前看不出其工业价值。

  应用前景广阔

  虽然4D打印尚处于试验阶段,但作为一项颠覆性技术,它将创造出可被编程的世界,将对传统制造业产生革命性影响。神经系统设计工作室创意主管杰茜卡罗森克兰茨说,未来这项技术将具有广阔的应用前景。

  赛迪智库研究显示,4D打印可以利用可编程材料制造带有传感特点的复合材料,生产根据环境动态演变的产品。例如,把可以改变对电磁波反映特性的纳米材料嵌入到打印对象中,当遇到不同的可见光,材料的颜色随之改变,具有显著的自我感应能力。

  同时,4D打印技术还可制造出功能形式多变的模块组件,通过组合可编程材料,改变产品的形状和功能。未来,大型建筑物等也可呈现出生命特质,人们将能够以可编程材料为基础,通过编程使这些材料模块自动堆叠形成各种形状的建筑物,并具备嵌入式电力装备、管道等配套设施。

  业内认为,4D打印将引发未来制造行业的变革,使数字信息转化为真实的产品成为可能。4D打印的制造者们只需下载产品设计程序,就可通过采集和编程制造出所需产品;4D打印所造成的工业排放几乎可以忽略不计,在真正意义上实现绿色生产,从而开辟制造业可持续发展的新途径,并改变传统的制造业模式,

  虽然应用广阔,但4D打印存在的风险也不容忽视。例如,由于4D打印实物可以自由变化,可变形机翼可能被黑客攻击而导致坠机;4D打印的建筑物可能由于一条错误指令而坍塌。再如,由于4D打印产品能够自由转化为其他形态,对知识产权保护提出了新的挑战,如何确定知识产权边界,怎样追溯动态产品的风险承担者等。未来,可能需要更加复杂的知识产权保护机制。

  4D打印产业化尚需时日

  虽然4D打印吸引各方关注,但业内人士普遍认为,受制于4D打印技术本身以及所用耗材,4D打印即使是在其技术源头美国,目前也还处于概念期和试验阶段,距离实际应用还有一个较长的过程,想要真正实现产业化尚需时日。

  赛迪智库装备工业研究所所长左世全表示,无论是3D打印还是4D打印,采用新型打印材料都是其取得革命性突破的关键。目前,我国在打印材料方面与国际先进水平相比差距还很大,应加快打印材料的研发及产业化应用,为3D或者4D打印产业的健康可持续发展提供支撑条件。

  赛迪智库研究显示,尽管4D打印技术的研究起源于发达国家,但我国在相关领域与世界前沿科技的差距目前处于历史最小时期,已经有能力并行跟进这项有着广阔应用前景的技术。专家建议,我国应着眼于未来十年、二十年以至更长时期的制造业变革大势,把4D打印作为国家重大前沿科技进行前瞻部署,鼓励有研究基础的高校和科研院所积极跟进4D打印技术最新研究进展,开展材料科学、生物科学、工业设计、信息编码等理论和基础研究,做好充分的知识储备;鼓励有研发条件的高新技术企业与研究机构合作,实验性地开展4D打印的产品应用研发制造。

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