3D打印机组装与调试 PPT第4讲4D打印技术.pptx

4D打印技术授课教师：陈金英3D打印机组装与调试

4D打印技术013D打印机组装与调试思考题02

4D打印技术简介014D打印技术的定义4D打印是指利用“可编程物质”和3D打印技术。“可编程物质”是指能够以编程方式改变外形、密度、导电性、颜色、光学特性、电磁特性等属性的物质。4D打印的第四维是指物体在制造出来以后，其形状或性能可以自我变换。如，放入水中、或者加热、加压、通电、光照等制造出在预定的刺激下包括形态、密度、颜色、弹性、导电性、光学特性、电磁特性等可自我变换物理属性

4D打印技术简介014D打印技术的定义4D打印制造的物体两种形式物体的各部分连接在一起，可自我形成另一种形态或性能。物体由可分离的三维像素组成。（一种基于体积的像素，与平面像素类似，三维像素是“可编程物质”的基本单元，不同的“可编程物质”具有不同的三维像素）三维像素可聚集形成更大的可编程部件，该部件也可分解成三维像素。

4D打印技术简介02构成要素4D打印的主要构成要素可以分为四个部分智能或刺激反馈材料4D打印设备外部刺激因子智能化设计过程4D打印技术视频

02构成要素4D打印技术简介4D打印产物能够根据应用场景的特定需求、刺激因子的特定作用条件下，进行的自发变化，展现出“智能”特性，将构成这类特殊物质的基本材料称之为“智能材料”(SmartMaterial)。从4D打印产物效能的角度，对材料命名。“刺激反馈”是构成4D打印体材料的基本属性之一，侧重于材料能够接受预设刺激，并产生一定反馈结果的能力。侧重于材料本身所具有的属性。智能或刺激反馈材料

02构成要素4D打印技术简介4D打印结构是通过打印设备将不同材料合理分布并一次成型的结构体。不同的材料属性，如:溶胀比、热膨胀系数，可以使结构按特定方式变化成为可能。Stratasys公司研发的聚合物喷射(PolyJetTechnology)3D打印技术，在处理复合材料的打印方面取得了较大进展。选择性激光熔化技术(SelectiveLaserMelting)则使用具有高能量密度的激光，熔化金属粉末层以创造均匀的3D金属结构，不需要任何粘合剂和额外的支持，推动了4D打印的发展。4D打印设备

02构成要素4D打印技术简介刺激因子是用来改变4D打印结构体的形状、属性和功能变化的触发器。研究者在4D打印领域中已经运用的刺激因子包括：刺激因子水温度紫外线光与热组合水与热组合刺激因子的选择取决于特定的应用领域，也决定了4D打印结构体中智能材料的选择。

02构成要素4D打印技术简介尽管智能材料自身在打印对象形态变化中扮演着至关重要的角色，但是基于对交互机制、可预测行为和需求参数充分考虑的复杂设计过程，也能够保证达到可控结果的环节之一。4D打印技术的优势是在空间合理分布不同材料，以创造复杂的3D形态的能力。通过设计智能材料分布的方向、位置，使结构体受刺激因子的刺激后，产生形态上的变化。智能化设计过程

4D打印技术简介034D打印流程由于4D打印结构体具有基于时间变化的特性，设计和制作流程中存在一个或多个中间形态。数字化设计过程传统的3D打印技术，可以通过专业扫描仪或者DIY扫描设备获取对象的3D数据，也可以使用3D制作软件从零开始建立三维数字化模型。4D打印在数字化建模初，就将材料的触发介质、时间等变形因素，以及其它相关数字化参数预先植入打印材料中。

4D打印技术简介034D打印流程中间件成型过程3D打印设备开始工作到结构体离开工作台的过程。4D打印过程中需要适当的数学模型的支持。如何预测结构体基于时间的形态变化过程，包括变化后的形态；如何提供避免自组装行为过程中组件发生碰撞的理论模型；如何减少自组装过程中的试错性行为。数学问题包括

4D打印技术简介034D打印流程中间件成型过程数学问题，必须通过智能化的计算芯片加以判断、解决。未来人工智能芯片可植入到3D打印设备之中，即3D打印设备也将具有“智慧性”。通过对数字化设计完成之后，传输到打印设备上进行数据分析，可以对材料进行合理安排，以保证最后的打印效果。未来4D打印设备会向标准化、模块化的方向发展。不同模块之间的可替换性，能够基本保证针对不同材料、不同平台的支持。

4D打印技术简介044D打印技术的主要优势1实物可从一种形态转换成另一种形态，提供了最大限度的产品设计自由度。2可在打印部件中嵌入驱动、逻辑及感知等能力，且无需额外的时间和成本。3可在同一批次产品中定制生产。4生产个性化产品是4D打印的独特优势。5可先打印极其简单的结构，然后