《電子技術(shù)應(yīng)用》
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從“3”到“4”的突破,4D打印實現(xiàn)軍用突破?

2019-02-27
關(guān)鍵詞: 增材制造 3D打印 4D打印

  一個普通的背包,可在海水中變成救生艇、在野外露營時變成帳篷;一根普通的排水管道,可根據(jù)水流量膨脹或收縮、在破裂時自我修復(fù);一個普通的沙發(fā),可隨著就坐客人的高矮胖瘦調(diào)整形狀……曾經(jīng)出現(xiàn)在哆啦A夢四維空間袋里的神奇事物,正隨著4D打印這一技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展,一一成為現(xiàn)實。

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  從“3”到“4”的突破

  當前,3D打印風光無限,咋又出了個4D打???看上去后者就比前者多個“1”,其實是多了時間維度。4D打印是在3D打印的技術(shù)基礎(chǔ)上,通過事先設(shè)定好形狀記憶纖維的變化,讓產(chǎn)品外形隨著時間而產(chǎn)生改變。這就意味著,4D打印出來的東西,不再只以固定的形態(tài)存在,而是可根據(jù)前期設(shè)定的時間,在溫度、濕度等特定條件下,自動折疊成相應(yīng)形狀,甚至可制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無法制作出的外形。同時,在打印過程中可摒棄復(fù)雜的機電設(shè)備連接和人類員工參與,大幅降低生產(chǎn)制造成本,縮短產(chǎn)品研制周期。

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  不論是從未來科技發(fā)展趨勢,還是從當前挖掘科技價值的方向來看,4D打印既是一種生產(chǎn)工具的革命,又是一種由生產(chǎn)材料改變而引發(fā)未來整個生態(tài)結(jié)構(gòu)方式改變的技術(shù),比3D打印更具備前瞻性和顛覆性。

  從實驗到應(yīng)用的跨越

  智能材料的高標準需求、催動材料變形的軟件設(shè)計,都是4D打印的發(fā)展瓶頸?!懊粲谟^察,勤于思考,善于綜合,勇于創(chuàng)新”,人類正是靠著這樣一種能力,跨越難關(guān),驅(qū)動科技進步。

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  從2013年美國麻省理工學(xué)院開展4D打印實驗開始,很多國家就著手在軍事、醫(yī)學(xué)、生活等領(lǐng)域探索此類技術(shù)應(yīng)用。2015年初,第一件鏤空4D連衣裙和第一雙4D鞋子問世,一定程度上實現(xiàn)了“量體裁衣”。隨后,4D打印水凝膠材料研發(fā)生成,這種水凝膠預(yù)計會在未來城市水網(wǎng)改造、醫(yī)學(xué)器官再造和航天器等方面發(fā)揮出重要作用。理論雖已成為實物,但4D打印主要應(yīng)用場景仍在實驗室里。

  直到2016年,中國首次采用生物可降解材料,成功將4D打印氣管外支架用于嬰兒復(fù)雜先天性心臟病合并雙側(cè)氣管嚴重狹窄的救治;2017年,美國國家航空航天局制作出用于外太空的先進纖維材料,形成鏈甲般保護航天器的外層材料;去年,香港城市大學(xué)的研究團隊成功開發(fā)4D打印陶瓷技術(shù)。諸如這些,標志著4D打印逐漸從實驗室成果走向人類的日常生活。

  從民用到軍用的追求

  4D打印技術(shù)運行過程中,只需提前設(shè)定好程序模型,準備好打印設(shè)備和原材料,就能全程依靠計算機進行操作。這樣,不僅可有效提高生產(chǎn)的精度、準度和效率,也可在最大程度上節(jié)約人力成本,能夠在戰(zhàn)場搶修、災(zāi)難救援或太空環(huán)境等惡劣環(huán)境中派上大用場。

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  美陸軍首席指揮官也曾表示,美陸軍一直在追求防護服的雙重需求——既能絕對的保護,又能足夠的輕盈,不給士兵增加負擔或限制動作。利用4D打印這一技術(shù),未來可能開發(fā)出輕薄小巧的防彈衣,便于儲存和攜帶,更能提供全面防護。


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