什么是4D打印，它将如何改变世界？

技术进步正在帮助几乎每个行业改变其运作方式。新技术可以提高制造速度，造福人们的健康，降低工业流程的成本等等。科学家、工程师和发明家一直在寻找创新方法来改进他们已经取得的技术进步。最新的技术进步之一是4D打印，这有可能使许多行业和生活的各个方面受益。以下是您需要了解的有关 4D 打印及其在不同行业中的潜在用途的所有信息。

什么是4D打印？
要了解4D打印，首先要了解3D打印。3D打印涉及通过使用蓝图创建物理对象，并一次构建一个图层。3D打印也被称为“增材制造”。4D打印基于相同的技术，但3D打印可以改变其形状。这个过程使用了特殊的材料，因此一旦物体被打印出来，当它被某种形式的能量（如水、风或热）触发时，它就可以变成不同的形状。考虑4D打印的一种方法是使用盒子的例子。想象一下，盒子是平的，然后在刺激触发时自行组装，然后在不再需要时再次折叠平坦。

谁发明了4D打印？
没有一个4D打印的发明者。这是许多研究机构正在研究的事情。然而，该领域也有一些领导者，包括麻省理工学院的自组装实验室、3D 软件公司 Autodesk 和 3D 打印制造商 Stratasys。在国际上，新加坡和澳大利亚也有一些关于4D打印潜力的精彩研究。

你能买到4D打印机吗？
不幸的是，你现在不能出去给自己买一台4D打印机。它仍处于开发阶段，通常只能在研究实验室或专业公司中找到。但是，您将来可能会购买自己的 4D 打印机。

哪些行业可以从4D打印中受益？
机械设计指出，3D打印曾经看起来像科幻小说，但现在它已成为各种行业使用的主流活动。4D打印很可能具有相同的潜力，并可能使许多行业受益。一些可能从4D打印中受益最多的行业包括健康和医学、农业、制造业、机器人和建筑业。4D打印也有可能在艺术和媒体中得到应用。它的用途几乎是无穷无尽的，因此它有可能改变世界。

4D打印与医学
医药和保健是可能从4D打印中受益最多的行业之一。已经有4D打印用于制造可以适应环境的生物医学夹板的例子。例如，密歇根大学CS Mott儿童医院的医生使用4D打印开发了一种气道夹板。这种夹板可以防止婴儿的气道塌陷，因为它在孩子成长过程中会扩张。夹板是为新生儿重症监护室而设计的，以帮助婴儿直到他们的气道足够强壮以支撑自己。

现在，重点是创造小型植入式设备，基因工程和技术新闻说。其目的是创造一种柔软而灵活的小型植入式诊断和治疗设备。这意味着插入和微创的痛苦会减轻。展望未来，医生和研究人员有可能创造出更多令人惊叹和有益的创新。人们希望4D打印可以成为为需要器官移植的人创造人造器官的前进方向。另一个可能受益的医学领域是假肢，因为使用4D打印制造的假肢可以提高患者的舒适度，也可以作为仍在成长并需要假肢来适应的假肢儿童的解决方案。

4D打印与制造
在制造过程中起诉4D打印的方式令人兴奋，特别是当这项技术与机器人和人工智能相结合时。有人说要创建盒子，这些盒子可以自行扩展以进行包装，然后重新折叠以供重复使用。另一种可能性是使用4D打印来制造机械部件，这将简化生产过程并节省时间和金钱。据《数字主义者》杂志报道，已经有研究正在进行中，这些研究可能会导致生产过程的转变。产品设计师克里斯托弗·古伯兰（Christopher Guberan）正在与麻省理工学院合作开发一种自组装鞋。他的研究目的是改变复杂和劳动密集型的生产过程。一旦对这项技术有了更多的了解，并且它更广泛地使用，就有可能在制造过程的几乎每个方面使用4D打印技术。

4D 打印、航空航天和航空
航空航天是另一个可以从4D打印中受益匪浅的行业，并且已经取得了使用这项技术的进步。美国宇航局喷气推进实验室的研究人员开发了一种柔韧的金属织物。他们称之为太空锁子甲，它旨在用于保护航天器免受陨石撞击的大型天线。天线还可以捕获来自其他行星表面的小物体。美国航天局的研究人员认为，他们使用4D打印创造的智能材料还有进一步的应用。在航空领域，空中客车公司与麻省理工学院合作开发了一种使用4D打印的进气口组件。进气口组件由可编程碳纤维制成。这会自动调整以控制气流，从而使飞机的发动机冷却。使用该组件将取代沉重的机械控制系统。使用新部件的另一个优点是它降低了燃料消耗，从而也降低了燃料成本。空中客车公司预测，4D打印组件有可能成为更快、更轻的机身的基础。

4D打印和机器人技术
机器人和4D打印都是21世纪研究非常感兴趣的领域。有计划在多个行业中结合这两种技术，以利用每种技术所能提供的优势。未来学家马特·格里芬（Matt Griffin）甚至认为，在未来，机器人可能会自行设计、打印、组装和4D打印。此外，4D打印可以帮助机器人专家在软机器人技术方面取得进展，3D Natives说。软机器人旨在使用与生物体中发现的相似的柔顺材料来制造机器人。使用4D打印将帮助工程师创建移动和行为更像生物体的组件，而不是他们迄今为止创造的任何东西。

4D 打印、建筑和建筑
《设计交流》杂志说，4D打印是关于预测性、战略性和适应性材料的，这是这项技术在建筑和建筑领域具有如此巨大潜力的原因。该网站指出，4D打印对于极端气候地区的建筑可能非常有用。它也可能对涉及大量劳动力以及使用建筑机械和车辆的大型基础设施项目有用。据信，在这些情况下使用4D打印可能会提高施工效率。工程公司GEOSyntec目前正在开发使用可编程材料建造的管道。它们旨在产生自己的水压。这将为施工过程带来响应式功能。《设计交流》杂志还谈到了4D打印在建筑领域的潜在未来应用。其中一些想法包括墙壁在一年中较冷的时候膨胀变厚，以及屋顶根据降水量变化以包括排水系统。尽管这些技术尚未被创造出来，但它在未来发生的可能性并不超出范围。建筑和建筑设计的另一个方面可以从使用4D打印中受益，如果使用4D打印，那么建筑所需的能源就会减少。同样，建筑物中的设计特征可以通过适应全年调节温度来帮助节约能源。当然，在建筑和施工中使用4D打印也存在一些潜在的挑战和问题。例如，一旦触发了转换，在转换过程之前、期间和之后都可能存在您无法控制的问题。另一个问题是，物体经历转变的次数越多，它可能会变得越弱，这可能会在未来带来健康和安全风险。

4D打印与艺术
4D打印在艺术和媒体方面也有应用，他说这是巨大的。工业设计师妮可·霍恩（Nicole Hone）率先将这项技术用于艺术品。她使用建模软件4D打印了一件多材料艺术品。这种艺术由称为水生植物的未来派水生植物组成。还制作了一部电影，展示了水中的气动充气如何激活水生植物。这将植物转化为动态生物，并给人一种植物相互争斗的印象。这件作品是自然与技术的有趣结合。Hone 在被要求重新设计新西兰国家水族馆时创作了这件作品。作为重新设计的一部分，她希望创造一个面向未来的互动装置，其中包括移动模型。

4D打印与食品工业
您可能会惊讶地发现，使用4D打印的一个行业是食品行业。然而，Agristats表示，这已经发生了。在过去的二十年里，3D打印在食品生产中发挥了不可或缺的作用。现在，这项技术已经得到进一步发展，正在使用4D打印技术创造食物。这是麻省理工学院媒体实验室的科学家的创新，他们使用2D食物创造了3D食物，然后进一步推进了技术，制作了4D食物。4D 过程涉及使用 2D 食品条，当吸水触发时，这些条状物会折叠成不同的形状以创建 3D 形状。由于涉及运动过程，这些 3D 形状也被认为是 4D。在食品生产中使用这种工艺的主要好处是制造商可以将食品包装平整，从而减少所需的包装体积。反过来，这将降低包装过程的成本。

4D 打印 - 最终裁决
4D 打印是 3D 打印技术的进步，它可以创建 3D 形状，当环境刺激触发时，这些形状会发生变化。虽然这项技术主要仍处于研究阶段，但它已经用于几个有用的应用。未来，它可以在许多行业的创新中发挥重要作用，这可能会改变世界。它能发挥最大作用的一些行业包括医药和保健、航空航天、建筑和建筑、艺术和媒体、制造和食品生产。4D打印将以不同的方式用于这些行业，因此使用这项技术的好处将因行业而异。需要注意的是，使用4D打印也存在一些潜在问题，这些都是科学家、工程师和研究人员正在努力克服的问题。研究人员可能会发现4D打印的更多用途，并且它对许多行业的重要性将与3D打印在过去十年中一样重要。