4D打印造出“变形金刚”复合材料

据物理学家组织网近日报道，3D打印又添“左膀右臂”，新4D打印技术制造出的复合材料能像“变形金刚”一样变换出各种形状，有望在制造、包装和生物医学等领域“大显身手”。研究成果已发表在《应用物理快报》杂志上。

由美国科罗拉多大学波德分校力学工程系副教授杰瑞·齐和新加坡技术与设计大学的马丁·杜领导的科研团队，将拥有“形状记忆”能力的聚合纤维混入传统3D打印技术使用的复合材料中，最终制造出具有一定形状的产品，且能变形为另一种形状。

马丁·杜表示:“在这一实验中，最初的产品架构由3D打印技术完成，接着，‘形状记忆纤维’的编程活动开始启动，为这一架构制造出第4个方面——时间依存。”

2013年4月，麻省理工学院自动化实验室创始人斯凯勒·蒂比茨首次提出4D打印概念。按照蒂比茨的解释，所谓4D打印技术就是“自我组装”，即材料自动变形成为预设的模型。他的研究团队曾将复合材料制成的绳子放到水中，绳子会按照预先设计好的形状变形。

马丁·杜表示:“我们制造出了可以基于不同的物理力学原理自动变形的复合材料，从而对蒂比茨的4D概念进行了扩展。使用‘形状记忆’复合纤维可为复合材料制造出满意的形状变化，这一技术的关键在于纤维的设计架构，包括其位置、方位等。”

该研究团队证明，复合材料内纤维的方位和位置决定了形状记忆效果(比如折叠、卷曲、拉伸或者扭曲等)可以到达的程度，而且，这一效果可以通过对复合材料进行加热或冷却进行控制。

杰瑞·齐说，3D打印技术已经“芳龄”30了，但直到最近，活性纤维才能被整合进复合材料内，这样，当得到的产品遭受热或机械力时，人们可预先对其行为进行控制。

研究人员表示，这一最新技术可以广泛用于多个领域。比如，人们可以在功能性设备的平面架构上制造出太阳能电池板或类似的产品。这一平面架构也能变得非常紧凑以便于运输和包装。到达目的地之后，又可以采用其他形式，以更好地发挥其功能。

随着3D打印技术日趋成熟，可打印的材料越来越多，最新研究将有助于科学家们制造出可逆转的或可调谐的3D表面和固体，这些设备可广泛应用于电动汽车、飞机和天线等领域。