據(jù)悉，蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)（ETHZ）工程設(shè)計(jì)與計(jì)算實(shí)驗(yàn)室的研究人員成功開發(fā)出一種4D打印結(jié)構(gòu)，它能以一種完全受控的方式來改變自身形狀，從而使得研究人員能指導(dǎo)材料的反應(yīng)。

這些結(jié)構(gòu)也能承受重量。ETHZ團(tuán)隊(duì)率先開發(fā)出這種能承重的4D打印結(jié)構(gòu)。

研究人員開發(fā)了一種致動元件，可刺激4D打印結(jié)構(gòu)或縮回或延展。隨后這些元素被組合在一起，以創(chuàng)建更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)一次只能采取縮回和延展中的一種狀態(tài)，研究人員可以預(yù)測結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定三維形式。這也使得結(jié)構(gòu)能采取多種穩(wěn)定形式。通過使用自己開發(fā)的模擬軟件，研究人員能預(yù)測結(jié)構(gòu)將要采取的形狀，以及對應(yīng)所需要的刺激。

研究人員用一臺多材料3D打印機(jī)和兩種材料來打印這些結(jié)構(gòu)。材料之一是一種剛性聚合物，構(gòu)成了結(jié)構(gòu)的大部分；另一種是一種柔性彈性聚合物，構(gòu)成了結(jié)構(gòu)的移動部分。整個(gè)結(jié)構(gòu)是一次性打印出來的。此外，4D打印還有運(yùn)輸上的優(yōu)勢。運(yùn)輸時(shí)它們呈平面狀態(tài)，節(jié)省了空間和裝載難度，一旦到達(dá)目的地，它們就擴(kuò)展成預(yù)先設(shè)計(jì)好的3D形狀。4D打印技術(shù)常應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，但ETHZ研究人員也在尋找新的應(yīng)用，如可以打開和關(guān)閉的閥門，或醫(yī)用支架。

目前雖然研究人員正在手工操縱這些結(jié)構(gòu)，但他們正在研究一種能讓結(jié)構(gòu)對溫度作出反應(yīng)的技術(shù)。他們還在研究氣動管或膨脹材料，這些材料可以讓結(jié)構(gòu)對濕度作出反應(yīng)。

“4D打印有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，”研究人員說，“一次性打印出一個(gè)帶有剛性和彈性部分的平面初始形狀是非常高效的。直接生產(chǎn)3D打印物體或用不同的部件組裝成3D物體要復(fù)雜得多，并且更耗時(shí)。”