从登月到移动电话，科幻小说中许多牵强的愿景已经变成了现实。在这一趋势的最新例子中，科学家们报告说，他们已经开发出一种功能强大的打印机，可以简化自组装结构的创造，这种结构在受到热量和其他刺激后可以改变形状。他们表示，这项独特的技术可以加速4-D打印在航空航天、医药和其他行业的应用。
研究人员今天在第255届美国化学学会(ACS)全国会议和博览会上展示了他们的工作。世界上最大的科学学会美国化学学会(ACS)将在这里举行会议，会议将持续到周四。它的特点是在广泛的科学主题上有超过13,000个演讲。
“我们正处于创造新一代设备的尖端，可以极大地扩展3-D和4-D打印的实际应用，”H. Jerry Qi博士说。“我们的原型打印机集成了许多功能，似乎可以简化和加快传统3d打印的过程。因此，我们可以使用各种材料同时制造硬的和软的组件，将导电导线直接整合到形状变化的结构中，并最终为开发一系列可以重塑我们世界的4d产品奠定基础。”
4d打印是一项新兴技术，它允许3d打印组件在暴露于热、光、湿度和其他环境触发因素后，随着时间的推移改变其形状。然而，4d打印仍然具有挑战性，部分原因是它通常需要复杂且耗时的后处理步骤来机械地对每个组件进行编程。此外，许多商用打印机只能打印由单一材料组成的4-D结构。
去年，Qi和他在乔治亚理工学院的同事们与新加坡科技与设计大学的科学家们合作，使用了一种由丙烯酸和环氧树脂制成的复合材料，以及一台商用打印机和一个热源，创造出了4-D物体，比如一朵可以闭合花瓣的花，或者一颗可以变形成圆顶的星星。这些物体的变形速度比以前快了90%，因为科学家们将繁琐的机械编程步骤直接融入了3d打印过程。在这项工作的基础上，研究人员试图开发一种多功能打印机，以解决其他4-D打印挑战，并使该技术更接近实际应用。
他们最终设计的机器结合了四种不同的打印技术，包括气溶胶、喷墨、直接墨水书写和熔融沉积建模。它可以处理多种刚性和弹性材料，包括水凝胶，银纳米颗粒基导电油墨，液晶弹性体和形状记忆聚合物，或smp。smp是4d打印中最常用的物质，可以通过编程“记住”一个形状，然后在加热时转变成它。有了这项新技术，研究人员可以打印出质量更高的smp，能够做出比过去更复杂的形状变化，为多种功能性4-D应用和设计打开了大门。
研究人员还可以使用打印机投射一系列白色、灰色或黑色阴影的光，以形成并固化一个组件成固体。这种灰度照明触发了一种交联反应，可以改变组件的行为，这取决于照在它上面的阴影的灰度。因此，例如，较亮的阴影会产生较硬的部分，而较暗的阴影会产生较软的部分。因此，这些组件可以弯曲或拉伸不同于周围四维结构的其他部分。
这种打印机甚至可以制造出可以直接打印到天线、传感器或其他电子设备上的电线。该工艺依靠直接墨水写入方法来产生银纳米颗粒墨水线。光子固化装置干燥并凝聚纳米颗粒形成导电导线。然后，打印机的喷墨组件产生包裹电线的塑料涂层。
目前，Qi的团队还在与亚特兰大儿童保健中心合作，以确定这项新技术是否可以为天生手臂畸形的儿童打印假手。
“只有一小部分孩子有这种情况，所以没有太多的商业利益，大多数保险都不包括这笔费用，”齐说。“但是这些孩子在日常生活中面临很多挑战，我们希望我们的新4d打印机能帮助他们克服这些困难。”
了下:工业自动化
