據(jù)悉，蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)（ETHZ）工程設(shè)計與計算實驗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打印有幾個優(yōu)點(diǎn)，”研究人員說，“一次性打印出一個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。”