4d印表機工作原理【詳細介紹】

　　科技是人類進步的階梯。人類在探索過程中，不斷出現新的想法並把這些奇思妙想變成現實的過程就是不斷進步的過程。在小編還沒有完全領悟到3D印表機的奧妙時，4D印表機就誕生了。它是在3D印表機的基礎上加上時間軸，使它列印出來的物體能自動組裝。哇!太神奇了。那麼，4D印表機是誰提出的?它是如何誕生的?原理又是什麼?

　　1.4D列印誕生過程

　　2013年2月25日，在美國加州長灘市舉辦的TED2013大會上，來自美國麻省理工學院的斯凱拉·蒂比茨向我們展示了4D列印技術的無窮魅力。28歲的 建築設計 師、電腦科學家斯凱拉·蒂比茨是4D列印研究專案的負責人，他在麻省理工學院的自我組裝實驗室有一個750升的大 魚缸 ，足以養活一頭鯊魚。他發明的4D印表機目前還只能在水裡工作。據蒂比茨介紹，4D列印技術背後的核心是自我組裝技術，而這項技術已經在納米級上應用多年。蒂比茨先是在生物分子學教授亞瑟·奧爾森的指導下，通過3D列印技術配合嵌入式磁鐵，設計了一組可以自我組裝的零件，只需用力晃動燒杯，杯中的零件就像有了意識一樣，自動組裝成一個脊髓灰質炎病毒的3D模型。這個實驗證明了4D列印技術的可行性，但是搖晃燒杯實在是太耗費體力了。

　　幾個月後，蒂比茨見到了世界最大的3D印表機生產商Stratasys公司的專案負責人，他們剛剛發明了一種可以在水裡變形的高分子聚合材料。這種新材料一旦接觸到水，可以延展到自身長度的兩倍。藉助設計軟體，蒂比茨將可延展和不可延展的兩種材料混合列印到一縷線中，只要將這縷線放入熱水中，用不了多久就可以彎曲變形，構成麻省理工學院的縮寫“MIT」。在第二次實驗中，他又加入了更復雜的演演算法和設計，使得放入水中的線彎曲成立方體，展現出3D的效果。

　　2..4D列印簡介

　　所謂的4D列印，比3D列印多了一個“D」也就是時間緯度，人們可以通過軟體設定模型和時間，變形材料會在設定的時間內變形為所需的形狀。準確地說4D列印是一種能夠自動變形的材料，直接將設計內建到物料當中，不需要連線任何複雜的機電裝置，就能按照產品設計自動摺疊成相應的形狀。4D列印由MIT與Stratasys教育研發部 門 合作研發的，是一種無需印表機器就能讓材料快速成型的革命性新技術。大小形狀可以隨時間變化。準確地說是一種能夠自動變形的材料，只需將其放入水中，不需要連線任何複雜的機電裝置，就能按照產品設計自動摺疊成相應的形狀。4D列印最關鍵是記憶合金。

　　3.4D列印的原理

　　3D列印是預先建模再列印出成品，而4D列印的邏輯，是把產品設計通過印表機嵌入可以變形的智慧材料中，在特定時間或啟用條件下，無需人為干預，也不用通電，便可按照事先的設計進行自我組裝。4D列印的流程是這樣的：首先對材料進行程式設計，使其能夠對某些刺激做出反應，比如冷、熱和溼度，再把這樣的材料用3D印表機列印出來。這些物質中的粒子形成紐帶，可以，比如說，使材料列印帶將材料塑造成某種形狀。美國馬薩諸塞州技術研究實驗室總監Skylar Tibbits表示，4D列印可以生產智慧產品，它可以自動適應外部變化，進行自我修復。比如，管道可以設計成能夠根據水流量進行膨脹或收縮的，或者在破裂時自我修復。自適應或自修復技術也能在災難救援或太空環境等惡劣環境中派上用場。

　　4.4D列印的應用

　　對於這一技術的運用，蒂比茨認為其能夠自我變形的特性，可以讓物體實現在地下管道等難以接觸到的地方進行自我組裝。此外，這一技術還有可能應用到 傢俱 、自行車、汽車、甚至建築物的製造上。

　　蒂比茨正在尋找製造商與他合作，以期在這些方面進行創新。“我們在尋找必須使用到這些材料的產品……設想一下，如果 水管 能夠自我延伸，應對不同的需求和流量，這樣就能夠省掉挖掘街道的步驟了。」

　　奧古恩說，4D列印概念的靈感來自於生物的自我複製能力。不過，該技術初期只能“列印」自動變形的條狀物體，其下一步的研究目標是“列印」片狀物體，然後才是結構更加複雜的物體。據蒂比茨和他的團隊介紹，目前的4D印表機只能列印條狀物體，實現一維到二維，一維到三維的變化，今後他們要設計列印出片狀物體、然後是立體物體，實現二維到三維，三維到更復雜結構的變化。

　　一些專家們認為，這一技術的問世可能預示著自我組裝傢俱時代的來臨。美國軟體開發商、參與4D技術開發的歐特克公司正在對此進行更進一步的研究。該公司首席研究專家卡洛·奧古恩稱：“想象一下這樣的場景，你在 宜家 買到一把 椅子 ，然後把它放到你的屋子裡，關鍵的是，這把椅子會自我組裝。」在4D列印的時代，產品將變得更加智慧化和人性化，空間站和衛星將能實現自我組裝和自我修復，危險地區的工程將不再需要人的參與，橋樑、水壩、公路、房屋……一切都將按照設計自行建造。《變形金剛》裡的場景將不再只是銀幕上的幻想，可變形的汽車將更加安全、方便、可靠。人們只需坐在電腦旁，根據自己的想法和需要，設計出適合自己的產品，然後輕點一下“列印」便大功告成。

　　在知識更新越來越快的今天，培養自己的創新能力非常重要，在生活中我們要敢於發現敢於實踐，有想法就要努力去行動。雖然目前4D列印技術還不夠成熟而且運用在工程建設方面的印表機照價太高，但小編相信，隨著技術的提高，4D印表機一定會在日常生活普及。