先睹为快：揭开可变形4D打印材料的神秘面纱
《3D打印世界》讯/4D打印变形结构在未来工程制造领域潜能无限。无论是自组装桁架，还是有助于细胞再生的医疗设备，在该领域成为现实之前，该领域仍需克服许多挑战。目前，4D打印的一大挑战是能否创建复杂且平滑弯曲的形状。
日前，哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）和Wyss生物启发工程学院的研究人员合作创造了具有挑战性的4D打印形状。《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表的一篇论文中阐述了该技术的潜力，该团队研发的方法目前已用于制造移频天线及放置在盐水中即可呈现出人脸的形状的扁平晶格。
在为4D打印文件建模时，设计人员会创建一些功能，这些功能会影响所用材料的转换。通过准确理解材料在受热或盐水刺激下扩张或收缩的情况，设计师可以精确控制2D物体转化成可预测的3D形状。
在最新的实验中，科研人员弯曲肋条，多方向重复，构建了几层复杂的晶格。肋条使用四种不同的弹性体墨水组合沉积而成，每种墨水对刺激的反应都不同。
为了实现可预测的变形，设计阶段预先确定了用于创建每个单独肋条的确切位置，方向和材料。其中一个示例是对肋条的变形进行调整创建一种天线，该天线在从扁平形变为圆拱形时会改变谐振频率。更为复杂的示例是还对肋条进行微调，以模仿19世纪数学家卡尔·弗里德里希·高斯（Carl Friedrich Gauss）的脸部轮廓，其为微分几何奠定了基础。
“使用集成设计和制造方法，我们可以在这些打印材料中编码复杂的“指令集”，以驱动形状变形。我们在开创变形先河。” 哈佛大学Lewis实验室负责人及汉斯·威斯生物学启发工程学教授Jennifer A. Lewis教授如此说道。
通过此项研究创建的可控制几何设计随时可以应用于其他刺激响应材料，从而开启了对4D打印的“具有前所未有的复杂性的可缩放、可逆变形结构的探索”。此类多学科方法的其他示例应用包括软电子开发，智能织物，组织工程和机器人技术，哈佛在软机器人技术方面的其他开发在某些方面也证明了这一点。
“形状可以促进也可以限制功能。采用数学及计算机设计形状，并通过多维度几何及多材料打印的方式将之创建出来，使得我们可以创建具功能广泛的可变形结构。” 哈佛大学物理学、有机和进化生物学教授及该研究的合著者L. Mahadevan教授如此说道。
（本文为《3D打印世界》编译自：3dprintingindustry，如需转载，请注明出处。）
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