楊宏奎

摘要：隨著大力研發(fā)與廣泛推廣科學(xué)技術(shù)，促使打印技術(shù)也發(fā)生了巨大的變革，4D打印技術(shù)的出現(xiàn)，能夠在各行各業(yè)中得到高效的運用，徹底顛覆以往的工業(yè)日常工作模式，實現(xiàn)智能化的工作時代。基于此，本文將以汽車制造行、生物以及工業(yè)建筑行業(yè)為例，了解“記憶合金”——4D打印技術(shù)在開啟新工業(yè)革命中的應(yīng)用策略以及對未來展望，從而為相關(guān)從業(yè)人員今后工作的順利開展帶來一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：記憶合金;4D;打印技術(shù);應(yīng)用;展望

中圖分類號：TH16;TP391.73文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-9129（2020）07-0028-01

Abstract：With the vigorous research and development and extensive promotion of science and technology， the printing technology has undergone a huge change. The emergence of 4D printing technology can be used efficiently in all walks of life， completely overturn the previous industrial daily work mode， and realize the era of intelligent work. Based on this， this paper will take automobile manufacturing industry， biology industry and industrial construction industry as examples to understand the application strategy of "memory alloy" -- 4D printing technology in opening the new industrial revolution and the prospect of the future， so as to provide some reference and reference for relevant employees to carry out their work smoothly in the future.

Key words：memory alloy;4 d;Printing technology;Application;Looking forward to

前言：3D打印被譽(yù)為第三次工業(yè)革命的影子，而現(xiàn)在伴隨著4D打印技術(shù)的悄然誕生，能夠在開啟新工業(yè)革命中為各行各業(yè)日常工作帶來更智能化、更現(xiàn)代化的便利，推動各行各業(yè)日常工作的高效運作。但是，如何正確應(yīng)用4D打印技術(shù)，以及4D技術(shù)未來的展望，是當(dāng)前相關(guān)從業(yè)人員迫在眉睫需要了解的問題。

14D打印技術(shù)的概念

不可否認(rèn)當(dāng)今科技發(fā)展日新月異，從現(xiàn)有的技術(shù)升級到新一代技術(shù)需要的時間很短，就在我們還在熱烈討論3D打印的時候，研究人員已經(jīng)在4D打印研究上下功夫了，D是Dimension的縮寫，簡稱“維”。1D是點，2D是平面，3D是立體，4D是什么？又從哪里多出1個D呢？其實這個D就是時間緯度，準(zhǔn)確地說4D打印是利用3D打印技術(shù)將具有“形狀記憶”特性的聚合纖維納入到復(fù)合材料中，使得這種固定外形的產(chǎn)品可以在加工完成后再被變成另外一種外形。從而被打印物體隨著時間的推移在形態(tài)上發(fā)生自我變形，而激發(fā)它的因素可能是水、溫度、還有可能重力、磁性等，也就是說物體被打印之后還能進(jìn)行自我進(jìn)化。想象一下未來你從家具城買回一套家具，將家具放入房間內(nèi)，然后家具自行組裝，這就是“記憶合金”——4D打印技術(shù)。

24D打印技術(shù)在新工業(yè)革命中的應(yīng)用及展望

4D打印最關(guān)鍵的是記憶合金迄今為止，業(yè)界已發(fā)現(xiàn)了十幾種記憶合金材料，其中在工業(yè)上有實用價值的有Ni-Ti合金、Cu 基合金、Fe 類合金等。由于它具有形狀記憶、超彈性、節(jié)能、熱敏等特殊性能，是一次跨時代新工業(yè)的革命，它無需打印機(jī)器就能讓材料快速成型的革命性新技術(shù)。大小形狀可以隨時間變化。4D打印技術(shù)在汽車制造、生物醫(yī)療、以及等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

2.1 在汽車制造行業(yè)中的應(yīng)用及展望。將4D打印技術(shù)合理運用于汽車制造行業(yè)當(dāng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)的飛躍，合金材料有些具有記憶和溫度特性，當(dāng)然首先是可用于汽車采用鈦鎳系形狀記憶合金制成散熱器面罩活門。其工作原理是：當(dāng)發(fā)動機(jī)室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度時，形狀記憶合金彈簧呈現(xiàn)壓縮狀態(tài)，活門關(guān)閉，當(dāng)發(fā)動機(jī)室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度時，彈簧呈伸長狀態(tài)，活門打開，冷空氣導(dǎo)入發(fā)動機(jī)室內(nèi)。在水冷式發(fā)動機(jī)上，為避免風(fēng)扇帶來的負(fù)面問題，通常都需要配套風(fēng)扇離合器。風(fēng)扇離合器主要有硅油式、電磁式等幾種形式。由于合金材料具有感溫、驅(qū)動兩種功能， 同時又可以從工作環(huán)境吸收熱能，所以可用其取代離合器中的自動系統(tǒng)，這樣使整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化，成本大幅度降低。合金材料還具有非常好的耐腐蝕性能，所以不需要設(shè)置保護(hù)裝置。4D打印最關(guān)鍵是記憶合金，利用記憶合金制造出的蜂窩輪胎，它看起來像蜂窩的形狀，但更具有超彈性的特性所以可有效實現(xiàn)輪胎防爆！

2.2 生物領(lǐng)域中的應(yīng)用及展望。針對于4D打印技術(shù)而言，能夠?qū)⒅悄芙Y(jié)構(gòu)制造，可以將一維、二維結(jié)構(gòu)變化為三維結(jié)構(gòu)，或者是通過一種三維結(jié)構(gòu)，從而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N三維結(jié)構(gòu)。隨意改變結(jié)構(gòu)可以為4D打印技術(shù)的運用帶來更為廣闊的空間，而生物醫(yī)療行業(yè)，是發(fā)揮4D打印技術(shù)功能最為顯著的平臺。在生物醫(yī)療行業(yè)當(dāng)中運用4D打印技術(shù)，特別是將其普及與運用至人體當(dāng)中，能夠為人類的健康醫(yī)療發(fā)展帶來巨大的協(xié)助作用。隨著在四維空間中研發(fā)與深入數(shù)字化制造以及納米技術(shù)，促使4D打印技術(shù)能夠進(jìn)入至十分微小的空間當(dāng)中，并且正常工作。西方學(xué)者丹雷維夫曾提出，在新型醫(yī)療植入物的發(fā)明當(dāng)中，4D打印技術(shù)的應(yīng)用能夠帶來有利的影響。自由性操作臂是當(dāng)前微創(chuàng)技術(shù)發(fā)展中，最為關(guān)鍵的研究難點。我國相關(guān)學(xué)者李滌塵提出，通過大力研發(fā)智能材料，并且在自由性操作臂當(dāng)中運用4D打印技術(shù)，能夠促使在未來的手術(shù)中，操作臂可以通過患者的肛門、食道等自然腔道進(jìn)入到患者的身體內(nèi)，并且在患者的身體內(nèi)將方向任意更改。學(xué)者李滌塵表示，在智能材料上作用電極施加電壓，能夠?qū)⒉僮鞅鄣淖杂赊D(zhuǎn)向、彎曲實現(xiàn)，從而將剛?cè)岵?jì)的操作臂柔性管控方式形成。

2.3 4D打印技術(shù)在工業(yè)建筑行業(yè)中的應(yīng)用及展望。將4D打印技術(shù)合理運用于工業(yè)建筑行業(yè)當(dāng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑技術(shù)的飛躍，自動修復(fù)、自動組裝以及自動調(diào)節(jié)功能，可以將工業(yè)建筑的成本以及難度大幅降低，還能夠?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害的發(fā)生靈活應(yīng)對。對于危險區(qū)域的施工作業(yè)而言，不需要人工的參與，只需要通過計算機(jī)，便可以將建筑的規(guī)劃與技術(shù)的嵌入等工作通過打印的方式完成。

3結(jié)語

綜合上述的分析而言，現(xiàn)如今，4D打印技術(shù)的應(yīng)用能夠顛覆以往的工業(yè)運作模式，并且促使各行各業(yè)的工作模式能夠變得更加智能化、現(xiàn)代化。但是，由于技術(shù)尚不成熟、規(guī)模不大、智能材料少，限制了4D打印技術(shù)在各行各業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展，因此，只有不斷加深對4D打印技術(shù)的研究，才能夠確保其在未來能夠滲透于各行各業(yè)當(dāng)中，實現(xiàn)各行各業(yè)日常工作的高效開展。隨著科技的進(jìn)步，沒有誰可以高高在上，時代會拋棄一切落伍者，而4D打印的應(yīng)用及展望終將會成為一種可能，是開啟新工業(yè)的革命的鑰匙，更是助力《中國制造2025》的先驅(qū)者。

參考文獻(xiàn)：

[1]王亞男，王芳輝，汪中明，劉建軍，朱紅.4D打印的研究進(jìn)展及應(yīng)用展望[J].航空材料學(xué)報，2018，38（02）：70-76.