4D打印物體會(huì)隨著時(shí)間而改變，或許醫(yī)療行業(yè)有很好的發(fā)展前景

南極熊導(dǎo)讀：4D是3D打印的一個(gè)新分支，盡管許多人不太了解 3D 打印的工作原理，但該技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了另一個(gè)維度。4D對(duì)比3D增加了時(shí)間維度，未來(lái)在一些特定的項(xiàng)目中一定會(huì)大放異彩。

△目3D打印材料市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)。圖片來(lái)自apartmenttherapy

目前3d打印技術(shù)已經(jīng)變得更快、更高效、更實(shí)惠，通過(guò)將3D打印技術(shù)與機(jī)床的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)3D打印工業(yè)零部件，極大程度降低精密零部件的制造成本，縮減制造時(shí)間，在航空航天、醫(yī)療建筑以及汽車(chē)等領(lǐng)域有著重要作用。

4D物體會(huì)隨著時(shí)間而改變
4D打印可以通過(guò)使用不同特性的形狀記憶材料來(lái)實(shí)現(xiàn)元件對(duì)外部環(huán)境變化的響應(yīng)。這種反應(yīng)是外部刺激對(duì)材料的“驅(qū)動(dòng)”效應(yīng)。4D打印的研究主要集中在開(kāi)發(fā)能夠響應(yīng)外界刺激的智能材料。

該技術(shù)在過(guò)程中添加了一個(gè)新元素，允許打印的對(duì)象隨時(shí)間改變形狀。這種生長(zhǎng)元素不僅會(huì)在打印過(guò)程中發(fā)揮作用，還會(huì)通過(guò)用于打印的材料(如水凝膠或形狀記憶聚合物)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

△4D技術(shù)允許打印的物體隨著時(shí)間的推移而改變形狀。視頻來(lái)自apartmenttherapy

理論上，這種材料會(huì)對(duì)諸如熱、光和壓力等環(huán)境因素做出反應(yīng)，就像自然界中的植物和花朵一樣。4D打印材料的實(shí)驗(yàn)表明，這些物體可以記住它們的形狀，但預(yù)計(jì)4D物體也可以在打印后改變大小，從而使大型物體可以在較小的打印機(jī)上打印。

該技術(shù)未來(lái)可能會(huì)在一些特定項(xiàng)目中派上用場(chǎng)，比如自我組裝家具、柔性水管(可以根據(jù)水壓伸縮)，甚至醫(yī)用支架(只有在識(shí)別出需要植入的身體部位時(shí)才會(huì)展開(kāi))。

4D牙齒矯正器的好處
研究人員利用4D打印部件具有隨時(shí)間（第四維度）改變形狀的能力，將 4D 技術(shù)引入正畸矯正器的制造中。

南極熊獲悉越來(lái)越多的人為了美觀會(huì)選擇隱形矯治器（透明牙套），牙科診所一般會(huì)量身定做幾十副牙套，每1-2個(gè)星期戴一副，逐漸調(diào)整牙齒角度，最終實(shí)現(xiàn)牙齒矯正。但是，因?yàn)橐�戴幾十副牙套，不免有些麻煩和浪費(fèi)。那么有沒(méi)有更好的技術(shù)方案呢？

△4D牙齒矯正器可以降低相關(guān)成本。圖片來(lái)自Prodways

對(duì)于這種矯治器，研究人員關(guān)注兩個(gè)主要因素：考慮傳統(tǒng)材料的缺點(diǎn)和生物牙齒移動(dòng)。

在市場(chǎng)上大多數(shù)流行的矯治器系統(tǒng)中，每個(gè)矯治器只能使牙齒移動(dòng)0.2到0.3毫米，或每次旋轉(zhuǎn)1°至3°，每個(gè)矯治器要佩戴大約14天，然后更換下一副矯治器。因此，牙齒的矯正周期很長(zhǎng)，且成本很高。另一方面，形狀記憶聚合物(SMP)是牙科領(lǐng)域的新型材料之一，特別是用于正畸應(yīng)用，為醫(yī)療材料的應(yīng)用提供了巨大的潛力。

通過(guò)4D打印技術(shù)制造的形狀記憶矯正器實(shí)現(xiàn)了牙齒正畸測(cè)量和模擬系統(tǒng)（OMSS）中一致的移動(dòng)效果。結(jié)果是單個(gè)形狀記憶矯正器實(shí)現(xiàn)的錯(cuò)牙移動(dòng)幾乎等于10個(gè)傳統(tǒng)矯正器可以實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)量。

南極熊點(diǎn)評(píng)：隨著聚合物材料的不斷發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)中新的4D打印應(yīng)用有望增長(zhǎng)。4D打印聽(tīng)起來(lái)像是來(lái)自遙遠(yuǎn)的未來(lái)，但實(shí)際上，它正在取得巨大的進(jìn)步，未來(lái)4D打印的研究工作還需要廣泛整合材料科學(xué)、信息科學(xué)、機(jī)械工程、力學(xué)等學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，才能實(shí)現(xiàn)增材技術(shù)與智能材料的深度融合。