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4D列印技術將徹底改變製造的產業形式
 

【CTIMES/SmartAuto 王岫晨 報導】   2020年06月15日 星期一

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近年來,世界各國都高度重視智能複合材料製造產業的發展,並進而發展出4D列印技術。4D列印是指智能材料的複合製造,智能材料結構在3D列印基礎上,透過外界環境的刺激,隨著時間實現自身的結構變化。4D列印是3D結構列印與智能複合材料性能的結合。預計到了2025年,4D列印市場將達到5.5億美元,4D列印也正逐步邁向商業化的開端。

4D列印技術比起3D列印技術更具前瞻性和顛覆性,它不僅是一種生產工具的革命,更是一種由生產資料的改變,進而引發未來整體商業生態結構方式改變的一種技術。

一般來說,造物過程一般是先模擬後製造,或者一邊建物一邊調整模擬效果。而透過硬體和軟體的緊密結合,4D列印顛覆了傳統的造物方式。所謂的4D列印,準確地說是一種能夠自動變形的智能材料,只需將其放入水中,不需要連接任何複雜的機電設備,就能按照產品設計自動摺疊成相應的形狀。4D列印最關鍵是記憶合金。4D列印由MIT與Stratasys教育研發部門合作研發的,是一種無需印表機器就能讓材料快速成型的革命性新技術。

4D列印技術可以不用列印機器,就能直接讓材料快速成型。與3D列印的預先建模然後使用物料成型並不一樣,4D列印直接將設計內置到物料當中,簡化了從「設計理念」到「實物」的創物過程。讓物體如機器般「自動」創造,不需要連接任何複雜的機電設備。4D列印與3D列印需要預先建模、掃描不同,4D列印更為智能,物料可自行「創造」,簡化了列印過程,並對列印材料有了更高要求。

4D列印技術將徹底改變目前製造與商業的產業形式,同時還將簡化工業製造中的多餘繁瑣環節,將浪費降到最低,實現能源利用的最大化。4D列印的未來發展,需要開發合適的新型材料,特別是智能化的複合材料,並研發具有良好適應性的電腦可編程設計軟體,製造專用的4D列印機。

4D列印所需要的智能材料一般包括電活性聚合物、形狀記憶材料、壓電材料、電磁流變體、磁性伸縮材料等。4D列印主要取決於智能材料的發展,未來應研究發展多種適用於4D列印技術的智能材料,對不同外界環境刺激產生響應,使得響應變形的形式可以更多樣化。4D列印技術研究和發展應用將對傳統機械結構設計與製造帶來深遠的影響,隨著4D列印智能材料的多樣化,4D列印技術應用將更加廣泛。

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