浙江大學化學工程國家重點實驗室的工程師們演示了一種“4D打印”過程，它需要投影儀、光固化樹脂和石蠟。該技術(shù)已被用于創(chuàng)建彩色海芋花的3D打印模型。DLP 3D打印，一個能夠創(chuàng)造高質(zhì)量的塑料零件的技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)司空見慣了。使用投影儀，這種3D打印機可以將液態(tài)樹脂逐層固化成特定的二維形狀，直到形成完整的三維物體。然而，現(xiàn)在看來，DLP可以用于4D打印只固化一個單一的二維層。這是不尋常的現(xiàn)象，最近在浙江大學化學工程國家重點實驗室進行了演示，研究人員在國際學術(shù)期刊《先進材料》上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

“4D打印”一詞指的是許多不同的東西，但在這種情況下，指的是3D打印對象隨著時間的推移而改變（第四維度）。浙江大學化學工程學院的謝濤教授解釋說，這種4D打印現(xiàn)象背后的秘密在于幾秒鐘的光固化。DLP投影機的光經(jīng)過精心編程，以提供一個薄的樹脂層與異光固化結(jié)構(gòu)的每一個像素，與樹脂變成一個固體塑料形狀，這很像DLP 3D打印，雖然光不僅集中在固化樹脂，使之成為一個特定的形狀，令人難以置信的4D打印過程。在這個過程中，研究員黃麗梅先放幾滴光固化樹脂在兩片玻璃之間，然后用投影儀照在它。這種光“雕刻”是通過一系列復雜的機械計算，通過灰度變化來實現(xiàn)的。然后材料在幾秒鐘內(nèi)從液體變成固體，這就像看一個很短的微型膠卷。但更多的是在這一點上比眼前的情況：在兩個玻璃片之間的樹脂的每個像素在分子水平上被改變，為后來的轉(zhuǎn)變奠定了基礎(chǔ)，DLP 3D打印機的大多數(shù)用戶將永遠不會親眼目睹這一過程。


經(jīng)過精確的“日光浴”下的投影機的光，然后采取樹脂填充玻璃面板，揭示了樹脂已成為一個平面膜。然后將這種膜放在凝膠狀的熔化石蠟中，在那里神奇開始發(fā)生。由于每個像素的分子結(jié)構(gòu)不同，每個像素“吸收”的石蠟量不同。這種在扁平膜上的分化使得整個物質(zhì)在石蠟被吸收時開始慢慢扭曲。在不到三分鐘，二維膜已經(jīng)變成了一個3D的海芋花副本。不同的光固化材料可以以不同的方式組合，因為某些材料可以用來形成不同的形狀。這位教授還認為，4D打印過程可以取代某些領(lǐng)域現(xiàn)有的3D打印技術(shù)?！八畲蟮膬?yōu)勢在于它的速度，制備多維材料的整個過程大約是3D打印相同材料所需的時間的十分之一。”


根據(jù)中國工程師們的說法，研究人員可以通過選擇合適的材料和工藝，將3D打印的對象輕松地轉(zhuǎn)換成四維形狀的物體。據(jù)了解，該小組的研究將提醒人們，逐層打印并不是獲得多維結(jié)構(gòu)的唯一途徑。而馬蹄蓮4D打印是視覺上令人印象深刻的過程，能有更多的實際應用，研究人員認為，4D打印過程可用于治療眼部問題，如近視、遠視，用一種類似于花制作一個用于改變眼睛的設(shè)備，它將返回一個正常的狀態(tài)。在不久的將來這種4D打印的將應用于臨床。DLP 4D打印也可以用來創(chuàng)造珠寶。例如，4D打印彩色海芋模型可作為模具，液態(tài)金屬倒入模具制造鑄造件。一旦液體金屬冷卻，珠寶商將留下一個金屬的馬蹄蓮。超多維快速制造方法可以用來提高珠寶脫蠟過程，珠寶生產(chǎn)效率大大提高。