日前，浙江大學(xué)化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室演示了一種“4D打印”過(guò)程，該技術(shù)已被用于創(chuàng)建彩色海芋花的3D打印模型。研究人員認(rèn)為，4D打印過(guò)程可用于治療眼部問(wèn)題，也可以用來(lái)創(chuàng)造珠寶。

浙江大學(xué)化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的工程師們演示了一種“4D打印”過(guò)程，它需要投影儀、光固化樹(shù)脂和石蠟。該技術(shù)已被用于創(chuàng)建彩色海芋花的3D打印模型。DLP3D打印，一個(gè)能夠創(chuàng)造高質(zhì)量的塑料零件的技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)司空見(jiàn)慣了。使用投影儀，這種3D打印機(jī)可以將液態(tài)樹(shù)脂逐層固化成特定的二維形狀，直到形成完整的三維物體。然而，現(xiàn)在看來(lái)，DLP可以用于4D打印只固化一個(gè)單一的二維層。這是不尋常的現(xiàn)象，最近在浙江大學(xué)化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了演示，研究人員在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

“4D打印”一詞指的是許多不同的東西，但在這種情況下，指的是3D打印對(duì)象隨著時(shí)間的推移而改變(第四維度)。浙江大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院的謝濤教授解釋說(shuō)，這種4D打印現(xiàn)象背后的秘密在于幾秒鐘的光固化。DLP投影機(jī)的光經(jīng)過(guò)精心編程，以提供一個(gè)薄的樹(shù)脂層與異光固化結(jié)構(gòu)的每一個(gè)像素，與樹(shù)脂變成一個(gè)固體塑料形狀，這很像DLP3D打印，雖然光不僅集中在固化樹(shù)脂，使之成為一個(gè)特定的形狀，令人難以置信的4D打印過(guò)程。

在這個(gè)過(guò)程中，研究員黃麗梅先放幾滴光固化樹(shù)脂在兩片玻璃之間，然后用投影儀照在它。這種光“雕刻”是通過(guò)一系列復(fù)雜的機(jī)械計(jì)算，通過(guò)灰度變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后材料在幾秒鐘內(nèi)從液體變成固體，這就像看一個(gè)很短的微型膠卷。但更多的是在這一點(diǎn)上比眼前的情況：在兩個(gè)玻璃片之間的樹(shù)脂的每個(gè)像素在分子水平上被改變，為后來(lái)的轉(zhuǎn)變奠定了基礎(chǔ)。

經(jīng)過(guò)精確的“日光浴”下的投影機(jī)的光，然后采取樹(shù)脂填充玻璃面板，揭示了樹(shù)脂已成為一個(gè)平面膜。然后將這種膜放在凝膠狀的熔化石蠟中，在那里神奇開(kāi)始發(fā)生。由于每個(gè)像素的分子結(jié)構(gòu)不同，每個(gè)像素“吸收”的石蠟量不同。這種在扁平膜上的分化使得整個(gè)物質(zhì)在石蠟被吸收時(shí)開(kāi)始慢慢扭曲。在不到三分鐘，二維膜已經(jīng)變成了一個(gè)3D的海芋花副本。

不同的光固化材料可以以不同的方式組合，因?yàn)槟承┎牧峡梢杂脕?lái)形成不同的形狀。這位教授還認(rèn)為，4D打印過(guò)程可以取代某些領(lǐng)域現(xiàn)有的3D打印技術(shù)。“它最大的優(yōu)勢(shì)在于它的速度，制備多維材料的整個(gè)過(guò)程大約是3D打印相同材料所需的時(shí)間的十分之一。”

根據(jù)中國(guó)工程師們的說(shuō)法，研究人員可以通過(guò)選擇合適的材料和工藝，將3D打印的對(duì)象輕松地轉(zhuǎn)換成四維形狀的物體。據(jù)了解，該小組的研究將提醒人們，逐層打印并不是獲得多維結(jié)構(gòu)的唯一途徑。

而馬蹄蓮4D打印是視覺(jué)上令人印象深刻的過(guò)程，能有更多的實(shí)際應(yīng)用，研究人員認(rèn)為，4D打印過(guò)程可用于治療眼部問(wèn)題，如近視、遠(yuǎn)視，用一種類似于花制作一個(gè)用于改變眼睛的設(shè)備，它將返回一個(gè)正常的狀態(tài)。在不久的將來(lái)這種4D打印的將應(yīng)用于臨床。

DLP4D打印也可以用來(lái)創(chuàng)造珠寶。例如，4D打印彩色海芋模型可作為模具，液態(tài)金屬倒入模具制造鑄造件。一旦液體金屬冷卻，珠寶商將留下一個(gè)金屬的馬蹄蓮。超多維快速制造方法可以用來(lái)提高珠寶脫蠟過(guò)程，珠寶生產(chǎn)效率大大提高。