科學家創造了承載能力和可預測的4D打印物體

3D打印現在已經有三十多年了，越來越多的研究人員正在展望下一個合乎邏輯的步驟：“4D打印”是隨著時間的推移，3D打印對象的熱門科學術語。不僅是任何隨機的轉換，4D打印是如此創新，正是因為它的設計參數。結構被預編程以特別響應于刺激。

盡管4D打印材料（如形狀記憶合金和電活性聚合物）已經鋪路了一段時間，但瑞士蘇黎世聯邦理工學院（蘇黎世蘇黎世聯邦理工學院）的科學家們一直在進一步推動這一領域。

蘇黎世蘇黎世工程設計與計算實驗室負責人克里斯蒂娜·謝（Kristina Shea）教授已經開始開發可以折疊成三維物體的平板組件，以及承重4D打印物體。

第一位研究人員創建了這種重量級的4D打印對象，Shea和她的實驗室集團特別關注于完善施工原理，允許他們控制物體的變形 - 直到三通。

Shea集團的博士生田晨說：“我們生產的平板結構不會隨機改變配置，而是完全按照我們設計的方式。”

ETH蘇黎世團隊圍繞致動元件設計兩種可能的狀態：收回或延伸。單個元素只能承擔這兩種潛在狀態中的一種（即元素可以縮回或擴展），研究人員可以預測結構將最終假設的穩定的4D形式。

另外，正在開發一種模擬軟件，它將允許Shea準確地預測必須用于產生所需變形的形狀和力。然后可以相應地設計對象。

圖片來源：蘇黎世蘇黎世/田陳

蘇黎世蘇黎世工業集團使用最先進的多材料3D打印機制造其結構。雖然該系統允許以多達40種不同的材料進行打印，但Shea及其團隊制造的物體只使用兩種：一種包含大部分結構的剛性聚合物和用于運動部件的彈性聚合物。令人驚訝的是，所有零件都印在一個單一的步驟中。

“4D打印有幾個優點，”Shea解釋說，“在一個單一步驟中，用剛性和彈性部分打印平面初始形狀是高效的。生產三維物體或將其從不同的部件組裝起來要復雜得多，耗時很多。“

可能的應用是開放式的：航空航天是一個可行的選擇，但蘇黎世科技大學的科學家們也在研究通風系統，開啟和關閉閥門的機制，或醫療應用如支架。

目前，Shea和她的團隊正在手動重新配置這些結構，但是他們已經在開發一種擴展結構以應對溫度的驅動器。開發組還報告說，可能用壓縮空氣或濕度來控制4D打印物體。