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关键词：4D打印技术   变形材料

3D打印对于不少人来说一定都不陌生，毕竟现阶段其已经广泛应用于各领域，但4D打印对于我们绝大部分人来说都是一项陌生的技术。今天我们一起来探讨以下4D打印。

4D打印是在是一种无需打印机器就能让材料快速成型的革命性新技术，他延续了3D打印的所有优势，并添加了变形维度。4D打印最具代表性的是记忆合金。

虽然我们将4D打印称为革命性新技术，但这并不是因为其是近期才被人们研究出来，而是因它能给人们带来的潜能极大，但又还未被完全开发。4D技术早在2015年1月麻省理工学院实验室中被发现，作为开山鼻祖，美国这几年始终致力于4D打印的研究和应用。其很多高校、科研院所和公司企业，都在对4D打印进行广泛和深入的开发，但和3D打印对比，4D打印迄今所取得的成果都比较初级，还存在很多问题需要解决，特别是在以下四个方面。

1.4D打印复合材料种类太少，在应用时受限制。

2. 由于编程技术的限制，只能让物体完成一次自我制造，基本不能在设计时一次嵌入几种造型，难以实现让物体由一种形状到另一种形状后

3. 4D打印的物体其形状不能实现可逆的变化。

4. 4D打印缺少专用的、实用的打印机，特别是商用化的打印机。

虽然4D打印尚在发展初期，但其在汽车制造上的应用效果确是惊人的。

4D打印最具代表性的是形状记忆合金Shape Memory Alloys（SMA）。至今，业界已发现了十几种形状记忆合金材料，其中在工业上有实用价值的有Ni-Ti合金、Cu 基合金、Fe 类合金等。由于它具有形状记忆、自动作功、超弹性、节能、热敏等特殊性能，引起了工业界广泛的重视。

SMA记忆合金在汽车调节器的应用

由于SMA所具有的记忆和温度特性，极其适合用于汽车上多种调节器的新型热敏元件。因为在现有的技术中，汽车温控器是利用石蜡的热膨冷缩来进行控制的，存在动作滞后、加工易熔化等问题。如果利用记忆合金弹簧来实现温控器的开启和闭合，便可有效避免以上问题。

记忆合金在汽车轮胎上的应用

记忆合金在轮胎上的应用例子不少，美国军用悍马便利用记忆合金制造出蜂窝的轮胎，由于其具有超弹性的特性所以可有效实现轮胎防爆！军用悍马俨然已经不是车了，而是一辆坦克！

此外美国NASA公司，也使用记忆合金制成的免充气轮胎，材料是一种镍钛合金(Nickel titanium)。一般金属在受到外力负荷之下，会不断延展直到断裂，但是这种镍钛合金在负载之下，其组成的原子结构会重新排列，让外型产生形变，当负载减轻或者消失之后，其原子结构会再次重新排列，恢复原本的外型。实验证明，这种记忆合金的变形程度可以达到30%而不会发生永久形变或者损坏的情况，还能够在延展10%之后恢复原本的型态，相较于先前金属材质只能延展0.3-0.5%，记忆合金的确有着极大的优势。

4D打印的未来

4D打印技术在智能设备、智能包装、折纸、超材料、生物医学和生物医学工程等领域有着广泛的应用前景。对于智能设备，4D打印已经从单一的智能材料扩展到结合其他制造技术的功能设备。例如，有人通过组合制造技术开发了软机器人，通过成型实现机器人本体，通过软光刻实现微流体逻辑，通过多材料、嵌入式3D打印技术实现气动执行器网络、车载油箱和催化反应室，从而获得完全软、自主的机器人。功能设备的其他潜在应用包括传感、能量收集和存储。例如，执行器的4D打印为访问响应刺激的软机器人进行能量存储和采集提供了一个很好的机会。4D生物打印由于具有生物相关材料定制化、个性化制作的优势，在生物医学应用方面具有巨大的潜力。例如，可通过4D打印实现定制缝合、缺血性卒中装置及血管修复装置。

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