北京時間6月10日消息，外媒報道稱，美國萊斯大學研究人員開發出全新3D打印技術（他們稱之為“4D”），這種技術可以讓3D打印材料在受到電流、溫度或簡單壓力的作用下自動改變形狀。該團隊生產出了一種帶有兩組獨特分子鏈的液晶聚合物“墨水”，分別是原始打印形狀和通過操縱材料制成的形狀。在這種情況下，科學家只需加熱或冷卻原始打印材料，使其在平坦表面和凹凸表面之間進行翻轉等變化，就會帶來全新的形狀。

那什么是4D打印呢？就是將時間和運動元素引入3D打印。它并不是一項全新的技術，一段時間以來，全球各地的研究人員一直在開發遇水、熱等因子會變形的各種不同打印材料。大部分現有4D打印研究依賴于水凝膠的使用，但水凝膠非常柔軟，變形后難以保持形狀。三所高校的最新聯合研究正好彌補了這方面的不足。

該研究最近發表在《Science Advances》雜志上，題目為“通過活性復合材料的直接4D打印”。新技術涉及3D打印一層層的形狀記憶聚合物（SMP），而每一層經過編程會對受熱有不同的反應。SMP是一種智能聚合物，可“記住”其原始形狀，在受熱時會變成預定的形狀。

“通過將機械編程后處理步驟直接整合到3D打印過程中，新方法大大簡化了4D打印并增加了它的潛能。這允許用計算機模擬來設計高分辨率的3D打印件，3D打印完成后，通過簡單的加熱，可將其直接而快速地轉換成新的永久結構，”研究人員解釋說。

為了展示新的3D打印技術，研究團隊制作了許多不同的可變形物體，其中包括一朵相當復雜的花，遇到熱水時，它的花瓣會收縮和彎曲，以及一個晶格結構，放入熱水時，其大小幾乎可擴展為原始尺寸的八倍。轉換所需的時間極短，在五秒鐘左右，這比以前的水凝膠4D打印技術要快得多。通過設置各種打印參數，研究人員還能在一定程度上控制最終的轉換形狀。

“在室溫下，我們的復合材料中有一種柔軟的材料，可被編程以包含內部應力，而另一種材料是硬的。我們用計算模擬來設計復合材料組件，其中剛性材料有一個可防止柔軟材料在3D打印后釋放被編程的內部應力的形狀和尺寸。加熱時，剛性材料會軟化，并允許柔軟材料釋放應力，從而讓打印件的形狀發生變化。這個過程通常很戲劇，”研究人員解釋說。

雖然該技術仍處于初期階段，但已經顯示出許多潛在的應用可能性。例如，4D打印物體在創建緊湊的堆疊或卷狀結構時可能會極其有用，這些結構運送起來很簡單，然后可在需要時進行擴展。有一天，該技術甚至可能會讓打印物體對光，甚至電等不同刺激作出反應。

SUTD教授Martin L. Dunn表示，該技術“可在生物醫學設備、3D電子產品和消費類產品上有無數應用”，并補充說，“甚至為產品設計開創了一種新范式，開發人員不僅要設計最初的產品，還要為其在后續服務中的多種模式進行設計。”

這一技術如今的缺點是不能打印不受支持的結構，這就限制了進行多樣的形狀組合的可能性。同時，也沒有直接的跡象表明它已經為現實世界所需的大規模生產做好了準備，其任何用途的實現都可能需要數年時間。

研究人員稱，他們目前面臨的挑戰是如何制造出一種聚合物混合物，并且其可以在催化劑中打印出來，而不會破壞形狀。盡管如此，它的作用還是顯而易見的，其更容易幫助創造出適應周圍世界的機器人，包括可像水母一樣移動的軟體機器人，以及根據人的身體進行自我配置的可改變形狀的醫用植入物。

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