18新利最新登入4 d印刷是如何运作的吗

在其核心,四维印刷是3 d的组合印刷,另一个前沿领域,自组装。

自组装正是这听起来像是——作品的自然顺序成一个更大的整体功能。字段是受欢迎的纳米技术圈子里有两个很好的理由。首先,自组装已经发生在纳米尺度上并提供流程背后的驱动力从蛋白质折叠晶体形成(来源:Boncheva和Whitesides)。第二,我们没有锤子,扳手和螺丝刀可以构建一个机器的路程。它需要做的。

但如果我们能扩大人类的比例自组装,它可以让我们使现有产品更便宜,更简单,或创建,否则不可能(来源:Boncheva和Whitesides)的新技术。这是艰苦的,常常令人沮丧的工作。即使在理想条件下,这需要打破一个装配序列,发展可编程部分,提出一种能源,将让你的装置。建筑在一些纠错也不是一个坏主意[来源:Tibbits]。主要,不过,你需要合适的工具和材料。

输入三维打印。虽然新方法不断出现,传统上,三维打印一再引起放下仔细定义层的聚合物在印刷床上。随着每一个新的层变硬和保险丝的下面,一个三维的形状。早期模型可以打印一次只有一个材料,但更新的3 - d打印机允许广泛的印刷媒体和印刷有超过一个材料。对四维印刷是一个重要的突破,因为不同材料允许开发者建立坚定的地区,flex或膨胀,或者“希望”折叠在某些方面。他们可以像海绵一样吸收水的区域,或者光照下产生电流。天空的极限,只要你建立正确的几何形状。

这是麻省理工学院的自组装实验室电话可编程的问题——一个方法科学、工程和材料,着重于物质可以编码重塑本身或改变它的功能。一个应用程序的可编程问题4 d印刷[来源:麻省理工学院]。

麻省理工学院的研究人员并不是唯一在四维印刷,但是学校的自组装实验室是最早的飞溅,在很大程度上要归功于导演的TED演讲,架构师斯凯拉·蒂比茨。

实验室的研究人员首次进入世界创建简单的自组装,大规模、自身建设机器人。当他们发现劳动和费用不可行,他们转向逻辑构建到他们的形状和材料。

2010年,他们创建的逻辑问题,一组联锁的形状,可以解决计算问题只使用他们的几何。

减少到最基本的电脑操作使用电子门,结合1和0并返回一个正确或错误的答案。这些门用布尔代数,问这样的问题“都输入1 s ?”或“要么是输入一个1 ?”The Tibbits lab asked the same questions, but using complex polyhedrons instead of the usual electrical on/off states representing 1s and 0s. Input involved clicking shapes into place. This created a new configuration that would allow the next shape — the output — to attach only in an upward (true) or downward (false) orientation, providing the answer.

逻辑问题并没有上升到自组装的水平——所需的部分人类的手拍在一起——但它确实是一个重要的第一步在这个方向上通过展示,可以指示它内置[来源:18新利最新登入Tibbits]。在随后的几年中,自组装实验室研究人员越来越多地转移到物品更符合他们的名字:几何图形,结合如果在容器或动摇滚,链条,假定特定形状动摇时,等等。

这标志着下一个重要步骤:内置几何趋势结合一个输入的能量(或其他环境因素)踢成齿轮。

但这种几何趋势是什么?好吧,如果你曾经试图做一些纸板(木材或金属),你知道它折叠更容易得分。得分,然后,是一种编程,使材料更容易表现出你所希望的方式。现在不是纸板,想象的组合材料,其中一些可以吸收水分和成长而其他人仍僵硬。把它扔在水里,看它的形状改变。足够聪明的褶皱和生长残痕,在你知道它之前,你有真正特别的东西。

但首先,你需要大量的精确控制您所使用的材料和模式的机械了。这种方法将工作更好的在小尺度上,能量输入和材料的不同可以有更大的效果。多材料三维印刷提供了控制人员需要,但是他们还需要正确的材料。

当Tibbits提到他的想法的人在Stratasys公司,一家3 d印刷公司,他们给他一个材料,当浸在水可能增长150%。18新利最新登入水提供了一个有前途的手段操纵4 d对象,因为大自然提供了大量的工作模型对象,改变形状,以应对水分。我们称之为植物。

植物展览取向在某些方面,倾向基于环境因素,如阳光(趋光性),水(向水性),重力(向地性)、化学(向化性),甚至身体接触(向触性)。例如,植物往往弯曲向着阳光,因为阳光杀死激素称为植物生长激素,促进增长。因此,面对远离太阳的一株生长速度比侧对着它,导致植物向光弯曲。稍微发挥一点想象力,很容易看到如何同样弯曲的物理链接材料、环境和能源招标。18新利最新登入

给植物提供了4 d印刷人员的灵感,也许并不奇怪,一个哈佛大学的团队在2016年成为新闻通过创建一个4-D-printed“兰花”假定其同名的形状在水中的时候。花印刷使用水凝胶复合管道,一层一层后,就像是从一个糕点包糖衣,在打印床[来源:麦艾尔派恩]。

印刷过程的两个方面解释了花的行为。首先是水凝胶的使用,它可以吸收大量的水。第二个是复合也含有纤维素纤维-小,纤维植物结构的必要条件。因为纤维素总是在一个已知的流动方向,团队可以仔细的模式来控制这部分的花能膨胀和哪些部分将保持僵硬一旦接触到水[来源:麦艾尔派恩]。

毫无疑问,随着时间的推移,我们将会看到更多的实验使用各种其他材料,比如导体灵活和动态电路。但我们也可能看到术语四维印刷,像大多数流行语,它自己的生命,扩大到包括更广泛的主题。例如,一个公司,神经系统,描述了其三维印刷服装的新技术——从巧妙安排的尼龙花瓣由关节连接创建的衣服——“四维印刷”[来源:罗森克兰茨]。

让我们来看看一些其他潜在的4 d期货。

纳米机械的世界领先的道路上的自组装,部分是因为它可以为有效的例子,从自然复杂的设计,自组装,很少犯错误和自我修复。移动这些原则进入人类规模已被证明具有挑战性,但如果成功的话,可能性是令人印象深刻的,这一事实还没有失去对美国军队,已经把855000美元在哈佛大学、匹兹堡大学和伊利诺伊大学研究基金等军事应用自身建设桥梁和避难所[来源:Campbell-Dollaghan]。

我们已经提到时尚,家具可以提供一个有趣的,有利可18新利最新登入图的方式引入新技术,并考虑到这一事实的规模很显然并不适合所有人,这是一个行业成熟的应用程序。我们很快就会看到模式——或裙摆——变化对命令。

关键是,3 d和4 d印刷的吸引力在于它的灵活性。通过3 d计算机模型,一个公司可以定制一件衣服或鞋适合任何身体的的门,没有任何削减或缝纫,打印出来作为一个一次性的[来源:罗森克兰茨]。使用4 - d材料和几何,服装可以主见拉伸的力量和压力。跑鞋可以强化提供横向支撑和稳定而感觉到压力的网球比赛,例如。

宝马已经显示了一个概念车,4 d设18新利最新登入计纳入他们称之为“活着几何。”Picture interior or exterior components that could change shape to handle shifting driving conditions. Outside the car, 4-D panels could adjust to temperature, airflow, steering or sensor input to maximize空气动力学效率。轮胎和刹车也可以对路况变化[来源:Vijayenthiran]。

在未来,仿生学和4 d印刷在一起,我们可以看到医疗设备为我们的身体,甚至身体扩增反应环境[来源:Grunewald]。这就是我们所说的个性化医疗。

当然,4 d印刷将不得不克服许多局限性,才能发挥其全部潜力。首先,这个过程依然存在,现在无论如何,非常、非常缓慢。和依赖几何限制它有些方面可以做什么,但这可能只是一个暂时的障碍。可能更严重的压力作用于任何材料都是被迫弯曲,或失败点可能引入的几何。此外,在某些情况下,4 - d材料有困难un-changing——他们留在他们的新形式,而不是恢复回到旧的,或失败状态之间切换,设计[来源:沃斯默]。

4 d印刷是否构成时尚,好奇心或下一个大事件,只有时间会告诉——适当足够。