中国研究人员首次实现陶瓷4D打印
4D打印的发展现状与应用前景
4D打印的发展现状与应用前景作者：刘屹环朱丽来源：《新材料产业》 2018年第1期4D打印使用的是一种能够自动变形的材料，只需特定条件（如温度、湿度等），不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。
“智能材料”是4D打印的关键。
简单地说，4D打印就是用来描述合成物进行自我改变和适应环境的过程，在三维的物体上附加的第4个维度，就是时间。
一、4D 打印技术问世，放在水里“自我组装”2013年2月25日，在美国加州举办的T E D 2013大会上，来自美国麻省理工学院（M I T）的建筑师，设计师和计算机科学家斯凯拉·蒂比茨（S k y l a r T i b b i t s）展示了4D打印技术(图1)。
这项技术由麻省理工学院自组装实验室和3D打印公司stratasys合作开发。
而斯凯拉·蒂比茨也被公认为是4D打印的发明者。
蒂比茨展示的4D打印过程就像是拥有自我意识的机器人，科学家通过软件完成建模和设定时间后，变形材料会在指定时间自动变形成所需要的形状。
在他展示的视频中，一根多串的PV C复合材料管在水中完成了自动变形。
蒂比茨认为，4D打印让快速建模有了根本性的转变。
与3D打印的预先建模、扫描、然后使用物料成形不同，4D打印直接将设计内置到物料当中，简化了从“设计理念”到“实物”的造物过程。
让物体如机器般自动创造，不需要连接任何复杂的机电设备。
二、4D 打印技术经典案例尽管在2013年美国麻省理工学院已经展示出了一个关于4D打印技术的实验，但该技术当时并未引起太大关注。
一直到2014年10月8日，美国《外交》双月刊发表了一篇名为《准备迎接4D打印革命》的文章，才让很多国家政府层面开始关注4D打印技术，尤其是以美国为首的发达国家，着手在军事、医学等领域探索4D打印技及其在这些领域中的应用。
2015年，佐治亚理工学院（G I T）和新加坡技术大学也推出了4D打印的研究成果，只需单一种类的刺激（比如热量），就能实现三维物体的自我折叠。
4d打印——智能构件的增材制造技术读后感
4d打印——智能构件的增材制造技术读后感未来科技发展越来越快，对于未来增材制造发展路线图，在打印方面，正在从3D打印走向4D打印，就是智能材料的应用结果，未来可能是高性能合金构建的增材制造，复合材料与复合结构3D打印，微纳3D打印、4D打印、5D打印方面有很好的发展；在材料方面，从数值到金属材料、到陶瓷材料、到生物活性材料；在产业方面，从重视装备到各领域的应用以及尖端科技带来的颠覆性的变化……
借助最新的4D打印技术，科学家能给物体添加“时间”的纬度，赋予材料自动变形的能力，研究人员通过软件完成建模，将想要的性状输入材料当中，变形材料就会按照预先的设定完成变形，变得拥有“智能记忆功能”，在特定条件下又自动“变形”为预先设定的形态。
基于光固化3D打印技术的陶瓷快速成形研究进展
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基于3D打印的仿生材料
摘要随着3D打印技术的飞速发展和广泛应用，能够模仿和制造的生物仿生结构越来越多样化．简单介绍了现有的3D打印技术，并从结构、功能、医用和智能材料等方面综述了3D 打印技术结合仿生领域的研究成果，如贝壳珍珠层、龙虾螯棒、鲨鱼皮、荷叶、血管网络和义肢等；最后讨论了3D打印技术在仿生领域面临的挑战和发展前景．仿生材料是指从自然万物中汲取灵感而开发出来的材料，与仿生学密切相关．仿生学是对自然及其模型、系统、过程和元素的研究，从中获取灵感，用以实际工程应用，来解决人类生活中存在的各种问题，一般而言，生物结构都是复杂而精细的，这是多种传统制造技术都无法复刻的，3D打印属于增材制造技术（AM），因其具有区别于传统减材制造的灵活性，使得其无需机械加工或使用模具，仅仅利用图纸即可生成任意形状的零件,现有的3D打印技术包括立体光刻（SLA）、熔融沉积建模(FDM)、直接墨水书写(DIW)、选择性激光烧结(SLS)、多喷射打印(MJP)和选择性激光熔化(SLM)等，这些3D打印技术已经成功地用于部分生物仿生结构的制造，然而其仍存在着一定的局限性,3D打印的分辨率、成本和制造速度之间的平衡问题，以及多尺度结构的制造等是目前研究的难点．3D打印可以极大程度地实现设计自由，有助于轻松地创建复杂的对象，这是使用传统方法很难做到的，因此人们开始在各个方面使用3D打印，包括仿生学，在自然界中，很多复杂的结构远远超过了传统设计和制造技术的能力水平，限制了仿生学研究的发展及其工程应用，3D打印为自然界本质上的多尺度、多材料和多功能结构的模拟和复制提供了新的可能性。
本文从仿生角度出发，基于3D打印技术，综述了近年来3D印生物仿生结构的发展，并分别从生物结构、生物功能与生物医用方面进行讨论，同时探讨了3D打印技术未来的发展和当前面临的挑战．13D打印技术设计复杂的仿生结构一般采用3D打印技术进行加工，虽然利用传统的加工方法也可能得到相同的结构，但这个过程是繁琐且漫长的，效率低下的同时成本也大大增加．因此，仿生结构的研究越来越依赖于AM，两者得以共同进步和发展。
4D打印技术研究与应用进展
4D打印技术研究与应用进展发布时间：2022-11-07T05:41:40.728Z 来源：《中国科技信息》2022年第13期7月作者：杨满坡张玉梅[导读] 4D 打印的概念最初是由美国麻省理工学院的TIBBITS 教授在2013 年的TED大会上提出。
4D打印相对于传杨满坡张玉梅中车大连机车车辆有限公司4D 打印的概念最初是由美国麻省理工学院的TIBBITS 教授在2013 年的TED大会上提出。
4D打印相对于传统的3D打印，增加的维度是时间维度，即4D打印被定义为“3D 打印+时间”。
随着时间的变化，被打印的构件在外界环境的刺激下（如热能、磁场、电场、湿度和pH 值等），能够自驱动地发生形状的改变[1]。
传统的3D打印实现了在材料制备的同时形成所需结构，4D打印技术不仅可以形成所需结构，还可使构件的性能和功能实现可控改变，所以4D打印所面向的主要是智能材料，打印出的构件具有智能属性，能够实现自驱动的形状改变、性能改变和功能改变，并且结构往往更复杂，重量更轻。
由于4D打印的智能构件具有以上优点，使其在生物医疗、航空航天以及软体机器人等领域具有广泛的应用前景。
下面将从4D打印的工艺、材料、驱动方式以及应用领域等方面对4D打印技术进行介绍。
1.4D打印工艺、材料与驱动方式1.1 4D打印工艺4D打印工艺与传统3D打印工艺类似，主要包括熔融沉积建模( FDM)、立体光刻( SLA) 、数字光处理( DLP) 、喷墨和直接墨水书写( DIW)以及选择性激光烧结( SLS) 和选择性激光熔化( SLM)等[2]。
熔融沉积建模( FDM)FDM 适合光敏器件或通过与光子能量相互作用激活的器件的制造,并且通常在ABS 基材料、聚氨酯基材料、聚碳酸酯、聚乳酸等热塑性塑料和复合材料上进行。
FDM工艺具有维护成本低、质量高、工艺过程简单等优势，在原型机设计、纳米发电机制造和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
但同时FDM工艺也具有一些缺点，例如它需要经常更换打印头、需要精确的温度控制等。
神奇的4D打印
神奇的4D打印作者：猫哥来源：《科学Fans》2020年第10期我们都知道3D打印在日常生产生活中被广泛应用，那么你有听说过4D打印吗？可能对于很多人来说，4D打印比较陌生，但它却是当下很多学者、企业研究的热门话题。
4D打印产出的结构可以实现自变形、自修复、自组装、自感应、自适应性等多种能力，以往只存在于科幻小说里的情节正逐渐变成现实。
什么是4D打印？显然，4D打印比3D打印多一个“D”。
这是什么意思？为什么它会为这项技术带来如此多的附加值？3D打印是设计师通过三维软件建模，使用打印设备直接将模型从底部到顶部逐层打印，直到获得最终产品的过程。
4D打印称为随时间变化的3D打印，因此，4D打印便增加了第四个维度一时间。
与3D打印产出的静态结构不同，4D打印产出的是一个动态结构，对于4D打印一个较为全面的定义是：一个三维印刷结构被暴露于预定刺激下（如热、水、光、pH 等），其功能、形状、性能可随时间发生变化。
因此，与3D打印技术相比，4D打印最大的突破在于其随时间变化的能力。
4D打印是如何工作的？与在三维空间中创建打印的3D打印机不同，实际上没有所谓的“4D打印机”。
取而代之的是，4D打印依赖于使用对刺激有反应的材料以及设计的准确执行，它将传统打印材料升级为刺激响应材料（智能材料）.并根据目标产品进行材料的结构组台设计，从而使材料的变化表现为最终产品的形式。
简而言之，就是使用3D打印机，以智能材料为打印原料，对打印的结构进行精准的刺激反应，得到预期的最终产品。
材料结构的微观变化效果如何取决于打印结构的原始角度和尺寸，因此.材料和设计在促成4D打印达到预期效果时部起着至关重要的作用。
1.打印材料实现4D打印结构各种自发性质功能的最重要原因是使用智能材料。
智能材料结构泛指将传感元件、驱动元件以及有关的信号处理和控制电路集成在材料结构中，通过机、热、光、化、电、磁等刺激和控制，使其不仅具有承受载荷的能力，而且具有识别、分析、处理及控制等多种功能，能进行自诊断、自适应、自学习、自修复。
混凝土3D打印技术与应用综述
混凝土3D打印技术与应用综述目录一、内容概览 (2)二、混凝土3D打印技术概述 (3)1. 技术定义与基本原理 (4)2. 发展历程及现状 (5)2.1 起源与发展 (6)2.2 国内外研究现状 (7)三、混凝土3D打印技术分类及应用领域 (9)1. 混凝土3D打印技术分类 (11)1.1 喷印技术 (12)1.2 立体光固化技术 (14)1.3 其他技术类型 (16)2. 应用领域 (17)2.1 建筑行业应用 (18)2.2 桥梁工程应用 (20)2.3 道路工程应用 (21)2.4 其他领域应用 (22)四、混凝土3D打印技术优势与局限性 (23)1. 优势分析 (25)1.1 高效施工，节省成本 (26)1.2 提高设计自由度与精度 (28)1.3 提升工程质量与性能 (29)2. 局限性分析 (30)2.1 技术难度与设备成本较高 (32)2.2 材料适应性及打印规模限制 (33)2.3 对操作人员技能要求高 (34)五、混凝土3D打印技术工艺流程及设备介绍 (35)一、内容概览引言：简要阐述混凝土3D打印技术的背景，包括其历史发展、应用优势以及对建筑行业的影响。
技术原理：详细介绍混凝土3D打印技术的核心原理，包括打印机的工作机制、材料选择和处理、控制系统的设计等。
技术发展：探讨近年来在混凝土3D打印技术方面的创新与突破，包括打印设备的升级、打印材料的研究与开发、打印过程的优化等。
应用案例：通过具体实例展示混凝土3D打印技术在不同行业和领域的应用，如住宅建设、公共设施、基础设施等，分析其应用的效益和面临的问题。
环境与社会影响：评估混凝土3D打印技术对环境的影响，包括材料的使用效率、能耗、废弃物产生情况等，同时探讨其对就业的影响和社会接受度。
存在的问题与挑战：分析当前技术在实际应用中遇到的主要问题和挑战，如打印尺寸限制、成本问题、标准化和法规挑战等。
未来发展趋势：基于目前的研究成果和应用情况，预测混凝土3D打印技术未来的发展方向和潜在应用领域。
4D打印开启2024年的全新制造时代
汇报人：XX 2024-02-03
contents
目录
• 4D打印技术概述 • 4D打印材料与工艺 • 4D打印在制造业中应用 • 4D打印技术挑战与解决方案 • 未来发展趋势与前景展望 • 总结：4D打印开启全新制造时代意义和
价值
01
4D打印技术概述
4D打印定义与原理
材料与工艺对产品质量影响
材料选择
不同材料具有不同的形状记忆 效应、机械性能和生物相容性 ，直接影响产品质量和应用范
围。
工艺参数
打印精度、层厚、温度控制等 工艺参数对产品尺寸的精度和 表面质量有重要影响。
后处理效果
正确的后处理工艺可以确保产 品具有预期的形状记忆效应和 机械性能，否则可能导致产品 失效。
对新兴产业发展促进作用
培育新的增长点
4D打印技术作为前沿技术，有望 孕育出全新的产业领域和商业模 式，成为未来经济发展的新增长
点。
促进产业融合
4D打印技术具有广泛的应用领域 ，可以促进不同产业之间的交叉
融合，形成新的产业生态。
拓展应用领域
4D打印技术在生物医疗、航空航 天、智能制造等领域具有广阔的 应用前景，有望为这些领域带来
功能。
工艺流程与关键技术
01
02
03
04
设计建模
利用CAD软件设计产品模型 ，并考虑时间、温度等因素对
形状变化的影响。
打印技术
采用3D打印技术制造产品， 同时集成变形机制和驱动元件
。
后处理工艺
包括热处理、光照、化学处理 等，以激活材料的形状记忆效
应。
测试与验证
对产品进行形状变化测试、功 能验证和耐久性评估。
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中国研究人员首次实现陶瓷4D打印
Chinese researchers have developed the world'sfirst-ever 4D printing for ceramics that aremechanically robust and can have complex shapes, offering broad potential applications intelecommunications, electronics and even spaceexploration.
中国研究人员已经开发出世界上首项4D陶瓷打印技术，这项技术使陶瓷性能坚固且形状复杂，在电信、电子甚至太空探索领域中具有广泛的应用潜力。
Researchers at City University of Hong Kong reportedin a study published last Friday in the journal ScienceAdvances a novel "ceramic ink," a mixture of polymers and ceramic nanoparticles.
香港城市大学的研究人员在上周五发表在《科学进展》杂志上的一项研究中报道了一种新颖的“陶瓷油墨”，这是一种聚合物和陶瓷纳米颗粒的混合物。
The 3D-printed ceramic precursors printed with this novel ink are soft and can be stretchedthree times beyond their initial length, according to the study.
该研究显示，用这种新型油墨打印的3D打印陶瓷前体很柔软，并且可以拉伸超过其初始长度的三倍。
These flexible and stretchable ceramic precursors allow complex shapes, such as origamifolding. With proper heat treatment, ceramics with complex shapes can be made, makingthem the 4D ceramics.
这些柔韧且可拉伸的陶瓷前体可变换复杂的形状，例如折纸样式。
通过适当的热处理，可以制造出形状复杂的陶瓷，使其成为4D陶瓷。
4D printing is conventional 3D printing combined with the additional element of time as thefourth dimension, where the printed objects can re-shape or
self-assemble themselves overtime with external stimuli, such as mechanical force, temperature, or a magnetic field.
4D打印是传统的3D打印与第四维度附加元素时间的结合体。
其中打印物体可以随着时间的推移，在外部刺激下（例如机械力，温度或磁场）重塑或自组。
The existing 3D-printed ceramic precursors, which are usually difficult to deform, also hinderthe 4D printing of ceramics with complex shapes.
现有的3D打印陶瓷前体通常难以变形，也妨碍了具有复杂形状的陶瓷的4D打印。
The researchers led by Lv Jian, chair professor of mechanical engineering, made use of theelastic energy stored in the stretched precursors for shape morphing. 机械工程系主任吕坚带领研究人员利用储存在拉伸前体中的弹性能量来改变陶瓷的形状。
When the stretched ceramic precursors are released, they undergo
self-reshaping and afterheat treatment, the precursors turn into ceramics.
当拉伸的陶瓷前体被释放时，它们会经历自行重塑并且在热处理之后，前体会变成陶瓷。
The resultant elastomer-derived ceramics are mechanically robust. They can have a highcompressive strength-to-density ratio and can come in large sizes with high strength comparedto other printed ceramics.
得到的弹性体衍生的陶瓷具有坚固的机械性能。
它们具有很高的耐压强度与密度比，并且与其他打印陶瓷相比可以具有很大的抗压尺寸。
With the versatile shape-morphing capability of the printed ceramic precursors, itsapplication can be huge, said Lv.
吕坚表示，4D打印陶瓷前体的多形状变形能力使得其应用范围将非常广泛。