4d技术和3d技术的区别 4d技术的主要途径

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目前，增材制造技术主要包含3D打印和4D打印等。其中，3D打印可在打印区域的长度、宽度和高度3个维度成型具有任意复杂形状的构件，它要求构件的形状、性能和功能永远稳定。4D打印则在3D打印的基础上，与自组装技术相结合引入了时空维度：通过对材料或结构的主动设计，使构件的形状、性能和功能在时间和空间维度上能实现可控变化，满足变形、变性和变功能的应用需求。
因此，4D打印技术的本质是3D打印技术与可变形材料、新型设计技术的统一体：借助先进的多材料3D打印工艺，采用可变形材料作为原料，在对材料形变精准预测的基础上开展动态设计，使最终产品具备所需特性。这种独特的能力使4D打印技术有望制造出具备颠覆性功能的产品，从而变革产品制造、装配、储存、运输等环节，非常契合国防领域的需求。
01 4D打印技术与3D打印技术的区别
3D打印技术是一项诞生于1984年的快速成形技术，通过计算机辅助工具，将三维数字模型逐层堆叠成形。而4D打印技术则更进一步，采用新型材料和先进设计技术，使制造出来的实体形状、性质能够可控变化，从而实现特殊功能。
3D打印与4D打印技术的区别对比
一是打印材料不同。3D打印技术通常采用形态稳定且不易产生较大形变和性变的热塑性塑料、金属、陶瓷等材料；而4D打印技术则采用可在特定条件下产生特定形变和性变的可编程材料，从而赋予产品更多的功能。
二是形变和性变能力不同。3D打印技术力求使制造的产品形状和性能稳定，最大程度地降低产品的形变和性变；而4D打印技术则充分利用制造完成后产品产生形变和性变的现象，使产品可以根据环境条件变化而产生不同的功能。
三是设计方法不同。3D打印采用的是实体静态设计，设计人员只需要设计产品的单一形状和性能即可；而4D打印则要求对产品进行动态预测，不仅要设计出产品的最终形状、性能和功能，还要根据材料特性进行材料编程，设计出产品中间的形状和性能。
02 4D打印技术发展历程
4D打印技术于2013年由麻省理工学院首次进行展示：将采用4D打印技术制作而成的聚合物链条置于水中，链条自动折叠形成预先设计的形状。这种链条由两种材料采用增材制造而成，一种在水中膨胀，另一种体积不变。遇水膨胀的部位压迫其他部位产生形变，形成预定的形状。此后，4D打印开始逐渐受到不同学科研究人员的关注，在设备、材料、软件、设计等技术方面开展相关研究。
可编程物质执行机构（左）和自动折叠机器人
4D打印技术的诞生可追溯至2007年美国国防高级研究计划局（DARPA）开展的“可编程物质”项目研究，该项目旨开发出一种可在软件控制或外界刺激的条件下转变成理想或有用形态的智能材料，实现根据需求在现场快速制造物资，并使军事装备能够根据指令改变形状。DARPA设想中的可编程物质是一种智能材料，包含驱动及传感机制，可以在软件控制或者外界条件的刺激下变形成为有用的形状。可编程物质的设想应用包括三维实体显示、可变形天线、可重构电子设备以及多功能现场制造设备等。
DARPA计划从模块化机器人、新型材料、纳米技术、微机电系统等多个领域对可编程材料开展研究，共有包含麻省理工学院在内的5所大学的研究团队参与该项研究。麻省理工学院研究团队在此项目支持下开发出可编程物质执行机构，能够根据温度的变化展开或折叠，并以此为基础制造出可自动折叠成飞机或舰船形状的机器人。

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