4D打印造出“變形金剛”復合材料

據物理學家組織網近日報道，3D打印又添“左膀右臂”，新4D打印技術制造出的復合材料能像“變形金剛”一樣變換出各種形狀，有望在制造、包裝和生物醫學等領域“大顯身手”。研究成果已發表在《應用物理快報》雜志上。

由美國科羅拉多大學波德分校力學工程系副教授杰瑞·齊和新加坡技術與設計大學的馬丁·杜領導的科研團隊，將擁有“形狀記憶”能力的聚合纖維混入傳統3D打印技術使用的復合材料中，最終制造出具有一定形狀的產品，且能變形為另一種形狀。

馬丁·杜表示:“在這一實驗中，最初的產品架構由3D打印技術完成，接著，‘形狀記憶纖維’的編程活動開始啟動，為這一架構制造出第4個方面——時間依存。”

2013年4月，麻省理工學院自動化實驗室創始人斯凱勒·蒂比茨首次提出4D打印概念。按照蒂比茨的解釋，所謂4D打印技術就是“自我組裝”，即材料自動變形成為預設的模型。他的研究團隊曾將復合材料制成的繩子放到水中，繩子會按照預先設計好的形狀變形。

馬丁·杜表示:“我們制造出了可以基于不同的物理力學原理自動變形的復合材料，從而對蒂比茨的4D概念進行了擴展。使用‘形狀記憶’復合纖維可為復合材料制造出滿意的形狀變化，這一技術的關鍵在于纖維的設計架構，包括其位置、方位等。”

該研究團隊證明，復合材料內纖維的方位和位置決定了形狀記憶效果(比如折疊、卷曲、拉伸或者扭曲等)可以到達的程度，而且，這一效果可以通過對復合材料進行加熱或冷卻進行控制。

杰瑞·齊說，3D打印技術已經“芳齡”30了，但直到最近，活性纖維才能被整合進復合材料內，這樣，當得到的產品遭受熱或機械力時，人們可預先對其行為進行控制。

研究人員表示，這一最新技術可以廣泛用于多個領域。比如，人們可以在功能性設備的平面架構上制造出太陽能電池板或類似的產品。這一平面架構也能變得非常緊湊以便于運輸和包裝。到達目的地之后，又可以采用其他形式，以更好地發揮其功能。

隨著3D打印技術日趨成熟，可打印的材料越來越多，最新研究將有助于科學家們制造出可逆轉的或可調諧的3D表面和固體，這些設備可廣泛應用于電動汽車、飛機和天線等領域。