省时又省料！3D打印新方法推动4D打印简化

一组研究人员日前开发出了一种新的3D打印方法。这种方法可以缩短打印时间和节省材料高达90%，同时完全消除了设计和制造工作流程中耗时的机械编程。此外，该方法通过将机械编程后处理步骤直接纳入3D打印过程，大大简化了4D打印，并增加了其潜力。

近日，一组研究人员开发出了一种新的3D打印方法来创建以响应热量的可以永久转换成不同形状的对象。该团队通过打印形状记忆聚合物来创建物体，每层设计成在暴露于热量时产生不同地反应。

乔治·伍德鲁夫机械工程学院教授Jerry Qi表示：“这种新方法通过将机械编程后处理步骤直接纳入3D打印过程，大大简化了4D打印，并增加了其潜力。这允许通过计算机模拟，3D打印设计高分辨率3D打印组件，然后通过简单的加热直接快速地转换成新的永久配置。”

据悉，研究小组将研究结果发布在了《科学进步》杂志上。

他们开发的新3D打印物体遵循团队使用智能形状记忆聚合物(SMP)所做的早期工作，这些形状记忆聚合物(SMP)具有记录一种形状的能力，并在应用均匀的热量时沿铰链折叠，改变为另一种编程形状。

“这种方法可以缩短打印时间和节省材料高达90%，同时完全消除了设计和制造工作流程中耗时的机械编程。”Qi说。

为了演示新过程的能力，该团队制造了几个物体，当浸入热水中时，可以快速弯曲或扩展，包括花瓣弯曲的真实雏菊模仿，如反应阳光的真实雏菊，以及格子状物体扩大原来规模的八倍。新加坡技术与设计大学的博士后研究员Zhen Ding表示：“我们在室温下的复合材料是一种柔软的材料，可以被编程为包含内部应力，另一种材料是刚性的。”

“我们使用计算模拟来设计复合材料部件，其中刚性材料的形状和尺寸可以防止3D打印后从软质材料释放编程的内部应力。加热时，硬质材料会软化并使软材料释放它的压力导致产品形状的变化。”

研究人员说，新的4D物体可以实现一系列新的产品特征，例如允许堆叠扁平或滚动的产品，然后扩大一次使用。最终，该技术可以使得能够以精确定时的方式响应诸如温度、湿度或光的刺激的组件来创建空间结构，可部署到医疗设备、机器人、玩具和其他结构的范围。

新加坡技术与设计大学数字制造总监Martin L. Dunn表示：“这项工作的重大进步是4D打印方式，大大简化，并可以创建高分辨率的、复杂的可3D再编程产品。”

该技术承诺能够在生物医学设备、3D电子产品和消费产品方面实现无数应用，甚至为产品设计开辟了新的范例，其中组件从服务开始到多个配置。