科学家创造了承载能力和可预测的4D打印物体

3D打印现在已经有三十多年了，越来越多的研究人员正在展望下一个合乎逻辑的步骤：“4D打印”是随着时间的推移，3D打印对象的热门科学术语。不仅是任何随机的转换，4D打印是如此创新，正是因为它的设计参数。结构被预编程以特别响应于刺激。

尽管4D打印材料（如形状记忆合金和电活性聚合物）已经铺路了一段时间，但瑞士苏黎世联邦理工学院（苏黎世苏黎世联邦理工学院）的科学家们一直在进一步推动这一领域。

苏黎世苏黎世工程设计与计算实验室负责人克里斯蒂娜·谢（Kristina Shea）教授已经开始开发可以折叠成三维物体的平板组件，以及承重4D打印物体。

第一位研究人员创建了这种重量级的4D打印对象，Shea和她的实验室集团特别关注于完善施工原理，允许他们控制物体的变形 - 直到三通。

Shea集团的博士生田晨说：“我们生产的平板结构不会随机改变配置，而是完全按照我们设计的方式。”

ETH苏黎世团队围绕致动元件设计两种可能的状态：收回或延伸。单个元素只能承担这两种潜在状态中的一种（即元素可以缩回或扩展），研究人员可以预测结构将最终假设的稳定的4D形式。

另外，正在开发一种模拟软件，它将允许Shea准确地预测必须用于产生所需变形的形状和力。然后可以相应地设计对象。

图片来源：苏黎世苏黎世/田陈

苏黎世苏黎世工业集团使用最先进的多材料3D打印机制造其结构。虽然该系统允许以多达40种不同的材料进行打印，但Shea及其团队制造的物体只使用两种：一种包含大部分结构的刚性聚合物和用于运动部件的弹性聚合物。令人惊讶的是，所有零件都印在一个单一的步骤中。

“4D打印有几个优点，”Shea解释说，“在一个单一步骤中，用刚性和弹性部分打印平面初始形状是高效的。生产三维物体或将其从不同的部件组装起来要复杂得多，耗时很多。“

可能的应用是开放式的：航空航天是一个可行的选择，但苏黎世科技大学的科学家们也在研究通风系统，开启和关闭阀门的机制，或医疗应用如支架。

目前，Shea和她的团队正在手动重新配置这些结构，但是他们已经在开发一种扩展结构以应对温度的驱动器。开发组还报告说，可能用压缩空气或湿度来控制4D打印物体。