4d技术和3d技术的区别 4d技术的主要途径( 二 )

此后，麻省理工学院在DARPA的资助下继续开展一系列可编程物质方向的研究，并于2011年建立了自组装实验室，最终促成4D打印技术的问世。
4D打印材料根据对不同刺激类型的响应进行分类
03 4D打印技术的特点
3D打印技术通过各种方式将原材料如同叠“砖块”一般逐层堆叠成形，具有高设计自由度、无需模具等优点。4D打印采用经特殊设计和制备的新型材料，使这些“砖块”能够感知外界条件，随之产生形状、性能和功能的变化。可以看出，3D打印用于成形结构或功能构件，而4D打印用于成形智能构件。
因此，4D打印技术具有以下优势。一是特殊产品制造，如方便后勤运输的自组装设备、可自我修复的自愈合装甲、特定情况下自销毁的高科技设备等；二是进一步提高设计自由度，如果说3D打印帮助设计人员摆脱了可制造性束缚的话，那么4D打印则打破了装配性的限制，使设计人员不必完全拘泥于装配制约，设计出传统装配方式所无法组装的高性能产品；三是降低成本，借助该技术，小型增材制造设备可以先制造小体积的中间产品，然后将中间产品变形成为所需的大型中空结构产品，节省设备成本。此外，借助产品可变形、变性和变功能的特性，该技术还能够减少装配、物流和储存等环节的成本。
新型材料的应用是4D打印技术实现的基础和关键。以变形为例，4D打印所使用的材料根据对不同刺激类型的响应，可以分为热响应材料、光响应材料、电响应材料、湿度响应材料以及磁响应材料等。热响应材料的变形主要由材料的形状记忆效应或形状变化效应驱动；光响应材料以及电响应材料通过吸收光线或电流的能量并将其转化为热量导致形变，从而实现材料对光或电的间接响应；湿度响应材料采用具有极高亲水性的聚合物材料，通过吸收水分使自身体积膨胀实现变形；磁响应材料是将纳米磁性颗粒与其他材料相结合形成，因而能够对磁场变化作出响应。
麻省理工学院研发出的可编程木材可随温度和湿度变形
4D打印所采用的成型技术目前主要有粘合剂喷射打印、熔融沉积成型、直写成型、立体光刻成型等，这些成型技术源于3D打印，现已在4D打印领域取得了一定应用。
粘合剂喷射打印是一种非接触式打印技术，通过喷射细小的粘合剂液滴成型结构，具有成型精度高、生物相容性好的特点，已在活细胞生物打印以及空间可调滤波器的4D打印中得到了应用。
熔融沉积成型技术采用喷嘴将熔融状态的热熔性材料逐层堆积固化成型，具有工艺简单、成本低的优势，已成功应用于自折叠、自卷曲超材料的4D打印。
直写成型技术采用高压喷嘴喷射粘弹性材料使其沉积成型，目前采用紫外光辅助的直写成型技术应用于可伸缩、自愈合形状记忆材料的制造。由于弹性体材料具有自愈合的特性，该技术在生物医学方面应用前景广阔。
立体光刻成型技术采用激光逐层将材料聚合成型，具有打印精度高、材料选择多样等优势，是目前形状记忆聚合物最常用的打印方法之一。
04 4D打印技术发展态势
4D打印作为一项新兴技术，目前正处于快速发展阶段，国际上针对4D打印技术的研究主要围绕4D打印材料的拓展、成型技术的创新、设计工具的开发等方面开展，并已取得了一定的成果。
4D打印制作出的装置可通过提升温度实现抓取功能
4D打印材料种类不断拓展，功能更加多样。新型材料是4D打印中的关键要素之一，应用于4D打印的材料需要在环境改变的条件下实现自变形、自组装、自适应等多种功能。因此，材料的拓展成为4D打印技术的重要研究方向之一。经过数年的发展，目前4D打印材料的种类已经从水凝胶等聚合物材料扩展至复合材料、有机材料以及陶瓷材料等。

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