本文由 发布，转载请注明出处，如有问题请联系我们！ 发布时间: 2021-08-014d技术的主要途径-4d技术和3d技术的区别

现阶段，添加物生产技术关键包含3D打印机和4D打印出。在其中，3D打印出能够在打印区域的长短，总宽和相对高度上产生随意繁杂样式的部件，这就规定部件的样子，特性和作用自始至终长期保持。在3D打印出的根基上，4D打印出融合自组装技术性引进了时间维度空:根据产品或构造的积极设计方案，能够在时间维度和空可控性地更改构件的样子，特性和作用，达到形变，衰退和更改作用的运用要求。

因而，4D包装印刷技术的本质是3D打印出技术性，可形变原材料和新设计方案技术性的统一:依靠优秀的多原材料3D打印出技术性，以可形变原材料为原料，在精确预测分析原材料发生的根基上使用动态性设计方案，使最后商品具备所需要的特点。凭着这类与众不同的工作能力，4D印刷工艺有希望生产制造出颠覆性创新的商品，进而更新改造商品生产制造，拼装，存储和运送等阶段，特别适合国防安全必须。

01 4d打印出技术性与3D打印出技术性的差别。

3D打印出技术性是一项问世于1984年的迅速成型技术性，根据辅助设计专用工具，将三维数据模型逐级层叠成型。而4D打印出技术性则更进一步，选用环保材料和优秀设计方案技术性，使加工出去的实体线样子，特性可以可控性转变，进而达到独特作用。3D打印出技术性是一种三维打印技术性，问世于1984年。根据辅助设计专用工具，三维数据模型被逐层层叠。殊不知，4D印刷工艺走得更长远，应用新型材料和优秀的设计方案技术性，进而能够操纵和更改生产制造实体线的外观和特性，进而达到独特作用。

3D打印机和4D打印出技术性的差别和较为。

最先，印刷耗材不一样。3D打印出技术性一般应用热固性塑料，金属材料，瓷器等样子平稳，不容易形成大形变和性变动的原材料。殊不知，4D印刷工艺应用可编程控制器原材料，在特殊条件下能够造成特殊的形变和性转变，进而授予商品大量的作用。

第二，形变和性转换的工作能力不一样。3D打印出技术性勤奋使生产制造物品的外观和特性平稳，并最大限度地降低商品的形变和可塑性。但4D印刷工艺灵活运用了商品生产制造后的形变和性灶状况，使商品能够按照自然环境标准的转变造成差异的作用。

第三，设计方法不一样。3D打印出选用立体式静态数据设计方案，室内设计师只必须产品设计单一的外观和特性。可是，4D包装印刷必须对设备开展动态性预测分析，不但要产品设计的终极样子，特性和作用，还需要按照原材料物理性质对资料开展程序编写，进而产品设计的正中间样子和特性。

02 4D印刷工艺的发展趋势。

4D打印出技术性于2013年由麻省理工大学初次开展展现：将选用4D打印出工艺制做而成的高聚物传动链条放置水里，传动链条全自动伸缩产生事先设计方案的样子。这类传动链条由二种原材料选用增材而成，一种在水中澎涨，另一种容积不会改变。遇水后澎涨的位置挤压别的位置造成变形，产生预订的样子。自此，4D打印出逐渐慢慢遭受不一样课程科学研究工作人员的关心，在机器设备，原材料，手机软件，设计方案等技术性层面进行有关科学研究。麻省理工大学于2013年初次展示了4D印刷工艺:将4D印刷工艺生产制造的高聚物链放进水里，链全自动伸缩产生事先设计方案的样子。这类传动链条由二种带添加物的原料做成，一种在水中澎涨，另一种容积不会改变。遇水后澎涨的一部分挤压别的一部分形变，产生预订样子。自此，4D包装印刷慢慢造成不一样课程学者的关心，在机器设备，原材料，手机软件，设计方案等技术性层面进行了有关科学研究。

可编程控制器原材料电动执行机构(左)和全自动伸缩智能机器人。

4D印刷工艺的问世能够上溯到2007年英国国防安全高級的研究计划局(DARPA)开展的“可编程控制器原材料”(Programmable Material)新项目，该新项目致力于设计一种可以在手机软件操纵或外界刺激性标准下转换为理想化或有效方式的功能复合材料，进而完成当场按要求快速制造原材料，使军用装备可以依照命令更改样子。英国国防安全高級的研究计划局构想的可编程控制器化学物质是一种功能复合材料，它包含推动和感测器组织，能够在手机软件的操纵或外界标准的影响下形变为有效的样子。可编程控制器原材料的构想运用包含三维固态表明，可形变无线天线，可重新构建电子产品和多用途当场生产制造机器设备。

DARPA计划对来源于模块化设计智能机器人，新型材料，纳米材料，微机电系统等行业的可编程控制器原材料开展科学研究，包含麻省理工大学内的5所院校的科研精英团队参加科学研究。在这个新项目的支撑下，麻省理工大学的科研精英团队开发设计了一种可编程控制器的化学物质致动器，它能够依据气温的变动而进行或伸缩，并在这个基础上生产制造了一种能够全自动伸缩成飞机场或货轮样子的智能机器人。

自此，麻省理工大学在DARPA的支助下再次进行一系列可编程控制器化学物质方位的科学研究，并于2011年创建了自组装试验室，最后促使4D打印出技术性的面世。以后，麻省理工大学在DARPA的支撑下，再次对可编程控制器原材料开展了一系列科学研究，并于2011年创立了自组装试验室，最后促使了4D印刷工艺的面世。

4D印刷耗材依据他们对不一样刺激性种类的反映开展归类。

03 4D印刷工艺的特性。

3D打印出技术性像“砖头”一样，以多种方法一层一层地层叠原料，具备设计方案可玩性高，不用模貝的优势。4D包装印刷选用尤其设计方案和提前准备的新型材料，使这种“砖头”可以认知外界标准，这将产生样子，特性和功用的转变。能够看得出，3D打印出用以产生构造或作用部件，而4D打印出用以产生智能化部件。

因而，4D印刷工艺具备下列优点。一是独特商品的生产制造，如有利于运输物流的自组装设备，可自身修补的治愈盔甲，特殊状况下可自身催毁的新科技机器设备等。二是进一步提高设计方案可玩性。假如说3D打印出协助室内设计师解决了可生产制造性的管束，那麼4D打印出则摆脱了安装的限定，让室内设计师无须局限于安装管束，设计方案出传统式安装方法没法安装的虚拟化商品。第三，控制成本。依靠此项技术性，中小型添加物生产制造机器设备能够先生产制造中小型正中间商品，随后将正中间商品转换为所需的大中型中小型空构造商品，进而节约机器设备成本费。除此之外，该技术性还能够根据商品的形变性，转性和更改作用来减少拼装，货运物流和存储成本费。

新材料的运用是4D打印出新技术完成的前提和重要。以形变为例子，4D打印出所运用的资料依据对不一样刺激性种类的回应，能够分成热回应原材料，光回应原材料，电回应原材料，环境湿度回应原材料及其磁回应原材料等。热回应原材料的形变关键由原材料的形状记忆效用或样子转变效用推动；光回应原材料及其电回应原材料根据消化吸收光源或电流量的动能并将其转换为发热量造成变形，进而完成原材料对光线或电的间接性回应；环境湿度回应原材料选用具备极高吸水性的高聚物原材料，根据消化吸收水份使本身容积澎涨完成形变；磁回应原材料是将纳米技术带磁颗粒物与其它材质紧密结合产生，因此可以对电磁场转变做出回应。新型材料的运用是完成4D印刷工艺的前提和重要。以形变为例子，4D包装印刷采用的原材料可分成热敏电阻原材料，感光原材料，电敏原材料，湿敏原材料和磁敏原材料等。热回应原材料的形变关键由原材料的形状记忆效用或样子转变效用推动。光回应原材料和电回应原材料根据消化吸收光或电流量的动能并将其转换为发热量而产生变形，进而完成原材料对光线或电的间接性回应。环境湿度回应原材料是一种有着极高吸水性的高聚物原材料，它进行消化吸收水份来扩张其容积，进而完成形变。回应原材料是由纳米技术带磁颗粒与其它材质融合而成，因而能够回应电磁场的转变。

麻省理工大学研发的可编程控制器木料能够伴随着气温和温度而形变。

现阶段，4D包装印刷选用的成形技术性关键有涂胶成形，熔积成形，直写出型，立体式光刻技术成形等。这种成形技术性始于3D打印出，并已在4D包装印刷行业获得运用。

涂胶包装印刷是一种非触碰印刷工艺，根据喷涌细微的胶滴产生构造，具备成形高精度，相溶性好的特性。它已使用于体细胞微生物打印出和4D打印出，可在空中间调节ps滤镜。

熔化堆积成形技术性运用喷头将熔化原材料逐级沉积干固，具备加工工艺简易，低成本的优势，已完成运用于自折叠，自打卷超材料的4D包装印刷。

直写出型技术性应用压力喷嘴喷涌粘弹性原材料开展堆积成形。现阶段，紫外线輔助直写出型技术性被用来生产制造可扩大和自修补的形状记忆原材料。因为弹性体材料原材料的自痊愈特点，该技术性在生物医学工程中具备广泛的应用前景。

立体式光刻技术运用激光器对资料开展逐层汇聚，具备包装印刷高精度，原材料挑选多种多样等优势，是现阶段形状记忆高聚物最常见的包装印刷方式之一。

04 4D印刷工艺发展趋向。

4D打印出做为一项新起技术性，现阶段正处在迅速发展壮大环节，国际性上对于4D打印出技术性的科学研究主要是紧紧围绕4D打印出资料的扩展，成形工艺的自主创新，设计工具的研发等领域进行，并已获得了一定的成效。4D包装印刷做为一项新技术应用，现阶段正处在迅速发展壮大环节。国际性上对4D印刷工艺的科学研究主要是聚集在4D印刷耗材的扩展，成形工艺的自主创新，设计工具的研发等层面。，并得到了一定的成果。

4D包装印刷生产制造的机器设备还可以根据提温完成爬取作用。

4D印刷耗材的类型不断发展，作用也更为多元化。新型材料是4D包装印刷的重要因素之一。4D包装印刷采用的原材料必须在改变的条件下完成自形变，自组装，响应式等作用。因而，原材料的发展变成4D印刷工艺的关键研究课题之一。通过两年的发展趋势，4D印刷耗材的类型早已从凝胶剂等纤维材料拓展到复合材质，有机材料和结构陶瓷。

2014年，麻省理工大学的科学研究工作人员开发设计了大量类型的4D印刷耗材，包含木料，碳纤维材料，纺织品复合材质和塑胶，进一步扩张了4D印刷工艺的适用范畴。

2018年8月，香港城市大学的科研精英团队选用高聚物和瓷器金纳米颗粒开发设计出新式“瓷器黑墨水”，并为此打印出出柔韧性，可拉申的瓷器磷酸激酶，摆脱了瓷器磷酸激酶一般无法形变的限定，最后在热处理工艺的效果下获得牢固的瓷器，初次完成结构陶瓷的4D打印出及其繁杂折叠结构瓷器的生产制造。此项新技术应用具备成本低，机械设备稳定性能高，可独立形变等优势，有希望运用于航天航空推动构件，室内空间探寻机器设备，电子产品和高溫微机电系统等行业。2018年8月，香港城市大学科研精英团队运用高聚物和瓷器金纳米颗粒开发设计了一种环保型的“瓷器黑墨水”，并包装印刷出软性可拉申的瓷器前驱体，摆脱了瓷器前驱体一般无法形变的局限性，最后在热处理工艺的效果下得到固态瓷器，进而初次完成了这种材质的4D包装印刷和繁杂折叠结构瓷器的生产制造。该新技术应用具备低成本，机械设备稳定性能高，自形变等优势，有希望运用于航空航天推动构件，空中间的探测设备，电子产品和高溫MEMS等行业。

Cyborg手机软件仿真模拟了4D包装印刷流程中的真实形变。

4D包装印刷成形技术性与时俱进，主要用途各个方面发展趋势。在4D印刷工艺中，包装印刷功能复合材料可以依照设计方案预估完成自组装，自痊愈，自形变也是不可小觑的一个阶段。新型材料的持续扩大给成形产生了大量的挑戰，而优秀的设计方案技术性必须达到多种多样原材料的同歩精确包装印刷。因而，造型设计技术性的自主创新变成4D包装印刷科学研究的热点话题。

2016年8月，麻省理工大学初次从微立体式光刻技术印刷工艺完成了微限度可形变原材料的4D包装印刷。即便包装印刷商品遭受极端化工作压力或扭曲弯折，只需将他们置放在适宜的环境温度下，他们还可以在几秒内修复到初始情况。科学研究工作人员运用这类技术性制作了一种中小型夹持设备，常温状态处在开启情况，提温后变为夹持情况，进而完成爬取作用。该方法即将在未来应用于航天航空构造，太阳能电池板，生物医疗机器设备等行业。

2018年6月，弗吉尼亚理工学院的科学研究工作人员开发设计了一种集成化环氧树脂运送的多原材料可编程控制器添加物生产技术。该工艺具备当场混和，运输和转换环氧树脂的作用，并可完成自清理，可开展微限度多原材料添加物生产制造，防止有差异原材料间的交叉式环境污染。此项技术性为4D包装印刷向小型发展趋势建立了路面。

4D设计印刷手机软件的产品研发适用自主创新设计产品。4D印刷工艺将设计方案立即植入到原材料中，简单化了从设计理念到实体的生产制造全过程。殊不知，这类生产制造方式也给设计方案工作中提供了新的挑戰。设计方案工作人员必须提早预测分析原材料在不一样标准下的反映，并在这个基础上完成设计方案工作中。因而，4D印刷软件应时而生。

Autodesk企业开发设计知名为Cyborg的设计方案软件工具，可以用以提升4D打印机设计方案。此软件根据互相藕合的硬件软件专用工具开展仿真模拟，替代了传统式模拟仿真软件先仿真模拟再搭建或是先搭建再调节仿真模拟的方式，可以仿真模拟4D打印出流程中的具体变形，并容许使用人建立专用型设计平台开展可靠性设计。Autodesk企业开发设计了一个名叫Cyborg的设计方案软件工具，能够用于提升4D包装印刷的设计方案。手机软件选用硬件软件藕合的专用工具开展模拟仿真，替代了传统式模拟仿真软件先模拟仿真后构建或先构建后调节模拟仿真的方式。它能够仿真模拟4D包装印刷流程中的真实形变，并同意客户建立一个专业的设计平台开展可靠性设计。

美国nasa开发设计的“Tai 空纺织物”。

麻省理工大学电子信息科学与人工智能技术试验室开发设计的名叫Foundry的手机软件，能够协助设计方案工作人员依据设计方案要求将不一样的原材料分派到3D数据模型的不一样一部分，进而更好完成多原材料3D打印出，为4D打印出的设计方案给予适用。

05 4D印刷工艺的国防应用前景。

因为4D印刷工艺在商品生产制造，安装，储存和资金周转等领域具备别的生产技术无可比拟的优点，可以完成很多独特作用，具备造成新一轮科技转型的发展潜力，因而一直获得军队的不断适用。通过两年的发展趋势，4D印刷工艺在国防安全，国防，航空公司空航空航天行业的使用早已日趋完善。据市场需求分析组织预测分析，到2025年，国防安全航空公司空航天航空的使用将占4D印刷工艺市场占有率的50%之上，变成4D印刷工艺较大的运用方位。

2013年，德国国防军科学研究公司办公室支助匹兹堡大学，美国哈佛大学及其伊利诺伊大学的科学研究工作人员产品研发4D打印出原材料，期待根据4D打印出资料的提升，促进更改汽车修补漆融入湿冷环镜或偏碱路面，更改战士工作制服的渗透性以抵挡有毒气体或弹簧片，生产制造可随周边环境更改色彩的掩藏机器设备和能完成自组装的武器装备。2013年，德国国防军科学研究公司办公室支助匹兹堡大学，美国哈佛大学和伊利诺伊大学的科学研究工作人员开发设计4D打印出原材料，期待根据4D打印出资料的提升，促进汽车修补漆的转型，以融入湿冷环镜或偏碱路面，更改战士工作制服的透气性能，以抵挡有毒气体或弹簧片，生产制造可随周边环境掉色的掩藏武器装备和可完成自组装的武器装备。

4D印刷耗材，技术性，运用及发展前景。

2017年，美国国家航空航天局(NASA)用4D服装印花技术性种植了一种“Tai 空布料”。这类布料有两个不一样的特性:光洁的小块金属表层能够反射面自然光，而内部构造能够合理消化吸收自然光的发热量。纺织物中的合金材料在溫度的效果下澎涨和收拢，使金属表层伸开或合闭，进而使纺织物成型。

2018年，德国国防军战士纳米科技研究室(ISN)印刷了一款软性智能机器人，该智能机器人有希望在错综复杂的竞技场地貌和狭小的上空灵便爬取，滚翻，弹跳，爬取物件和运输药品。德国国防军科学研究与工程项目核心也在大力开展4D印刷工艺的科学研究，期待开发设计出能抵御有毒气体的军装，可以随周边环境更改色彩的掩藏武器装备及其要完成自组装作用的武器装备。

将来，伴随着功能复合材料和智能化设计系统的进一步发展趋势和完善，4D包装印刷在国防行业的使用将更为普遍和深层次。

根据4D技术性，有希望产品研发出可迅速打印出并立即交付使用的性能卓越无人飞机或智能机器人，完成武器的当场生产制造；有希望设计方案出能依据航行标准全自动更改气动式外观设计的飞机翼，提高武器的战斗特性。预估不用人力拼装就可以生产制造武器，节约运送空，提升武器服务保障。最终，4D印刷工艺将更改武器传统式的生产制造技术和服务保障方式，使武器充分发挥更强的工作效率。