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4D打印把智慧植入材料

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来源: 作者: 2019-04-16 17:47:45

在傳統的思路模式和制造工藝條件下,當設計過程中需要檢驗產品不同部分的狀態、配合度和功能性時,就需要由熟練的工程師借助于勞動密集型的車間以及相關的技術,來創建產品的功能原型。而為將產品原型推進到商業批量化階段,也就是我們所說的從研發轉換到了開發階段,在這個階段通常需要經歷半年至一年的周期。在當前的商品制造技術條件下,這是一件非常平凡的事情,就以我們所熟悉的iPhone來說,每一代的開發周期都需要經歷至少一年的時間。

不僅如此,開發一款產品花費幾百萬甚至千上萬美元、歐元的情況也并不少見。尤其對于一些精度要求高,零部件結構復雜的產品而言,其成本與復雜程度呈比例增長。相較之下,應用3D打印技術,其制造過程不受產品結構的難以程度影響,產品成本也不會隨產品的難以程度成比例增長,這就致使整個產品設計制作的過程變得非常迅速而便捷。同時,這也就最大限度地降低了產品的設計制造成本。

當我們還沉浸于3D打印技術帶來的變革紅利的時候,4D打印技術已經讓快速建模、商品組合方式等產生了根本性的轉變。相較于3D打印技術的預先建模、掃描,然后使用物料成形,4D打印技術則直接將設計內置到物料當中,簡化了從設計理念到實物的造物過程。讓物體如金剛般自動創造,在簡單的基礎打印之后,便不再需要連接任何復雜的機電設備就可以自行創造出所需的預設產品。

就如所有物體都因為時間而存在一樣,物體形狀的改變也需要時間。在時間的維度下,利用特別材料加工的物體,在一些外界激活因素的作用下,其形狀能夠自行發生改變。與3D打印的預先建模然后使用材料打印不一樣,4D打印的邏輯是,先用3D打印機打印出一種剛性的智能材料,然后將這種材料與上述外界激活因素結合,從而按照預先設定的路徑完成物體形態的改變。

傳統而言,造物過程一般都是,先建模后制造,或者一邊設計一邊調整模型效果。而通過硬件和軟件的緊密結合,以及多產品重組合方式的疊加,4D打印技術可以說是從根本上顛覆了當前的生產方式。盡管當前的3D打印技術讓造物變得簡單、快捷、精準,而且還十倍百倍地壓縮了造物成本。但4D打印技術則是對3D打印造物方式的再次升級,化傳統造物工藝于無形,讓產品根據不同的環境要素進行自變化。

4D打印的核心就在于創造出能夠在打印出來之后發生形變的物體,讓它們進行自我調整、組裝、變形。由此一來,就構建了其與3D打印之間一個非常關鍵的區別,也就是對于4D打印來說,打印將不再是創造過程的終結,而是僅僅成為一個轉向點,一個起點。

我們這里所說的是,你設計了某些東西,打印出來,它還能夠進化,美國麻省理工學院4D打印項目研發負責人斯凱拉蒂比茨表示,這就像把智慧植入到了材料當中。一輛車將能夠應付下雨天,一個咖啡杯也可以根據咖啡的不同溫度做出調整,正如蒂比茨對TED的聽眾所說,想象一下如果水管能夠自己膨脹或收縮,或者甚至自己起伏波動來傳送水流。4D打印讓物體在一定的介質條件下,將實現讓物品變形幻化出無限種形態與規格物體的可能性。

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