|
当你还在琢磨3D打印技术时，4D打印技术就已经出现了，它可以使一张纸自动折成“小兔”形状，还能让一块板在月球上膨胀成一栋建筑！ 4D打印出“变形金刚” 想象一下，你和爸爸妈妈去超市买了一个木椅套装，拿回家一看说明书，“给它洒一点水，它会自动组装成一把完好的椅子”，你试着操作了一下，没想到它真的自动变成了一把椅子！不止家具，你网购的衣服只有一个尺码，但穿到你或妈妈身上居然都合身！在火星上，由火箭运送来的“压缩版”航天器，在受到阳光刺激后自动展开、组装了！这些神奇的场景，都将来自于4D打印技术。 我们知道，3D比2D多了一个立体维度，那4D比3D多了什么？变化。4D打印的物体在环境条件（例如温度、光线或湿度）改变时，不需要外力帮助，就会自动变形，组装成一种全新的形态。 为什么能变形？ 4D打印的物体能变形，和它使用的特殊的“墨”有关。这种“墨”被称为“智能材料”，能感知外部环境的刺激，比如温度上升、压力增大、光线变强等，然后发生相应的变化。目前使用的智能材料主要有3种，分别是液晶弹性体、形状记忆聚合物和水凝胶。 液晶弹性体 这是一种含有液晶的弹性物质。液晶有一种性质叫“各向异性”，即物体在各个方向上的性质不一样，比如在一个晶体上滴一滴油，油向四周扩散，但各个方向的扩散速度不一样。而液晶弹性体同理，可以通过改变温度、光照等，控制不同方向上的形变，设计出想要的形状。上图是一朵采用液晶弹性体打印的兰花，当它进入水中，会慢慢地卷曲花瓣，形成一种新的花型！ 往材料里加点“代码” 虽然这些材料拥有“变形术”，但如何使它们变成我们想要的形状呢？那就是对材料进行编程，将特定的代码植入其中，让材料跟着指令走。首先要了解，它们在受热、光照等刺激下的变形程度，比如每升高一摄氏度，材料会弯曲多少度；然后根据需求在4D打印机中建立模型，勾画不同的材料线条；再将这些线条进行弯折、铺排，最后形成一个能精准变形的成品。这些被植入代码的成品，都严格地遵照指令行动。比如下图这只橙色胶状的小爪，本来是张开的，被加热到适宜温度后，竟能握爪将螺丝钉抓起！ 自然界早有“4D打印” 在自然界，伴随着阳光、雨露的滋养，树上的卷须伸展，花朵也绽放开来; 当阳光照向一侧时，植物给背光的一侧发出“指令”，使背光侧长得比向光侧更快，植物就朝着光的方向生长。自然界的植物会根据环境的刺激改变自己的形状，这正是4D打印的灵感来源。只要认真观察和思考，大自然就会为现代科技带来惊喜，这也启示我们：大自然是人类的老师。 形状记忆聚合物 这种材料能记忆自己的初始形状，如果形态被改变，只要有温度、电、光线等条件的刺激，它就能恢复到原来的样子。星际探测器如果采用这种材料，就可以先被折叠成一个体积很小的物体，到达星球后再展开。 水凝胶 水凝胶可以在水中吸收大量水分，迅速膨胀，也能释放水分。能改变它“腰围”的就是外界温度、光照等条件的刺激。利用它，人们能打造出根据湿度大小膨胀或收缩的物体。 |
|
|
