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據國外媒體報道，研究人員發現，使用具有形狀記憶的、對熱量感應敏感的材料，4D打印技術能夠制造出復雜的自我折疊的結構物。

這項技術是由喬治亞技術學院和新加坡科技大學開發的。它能創造3D結構物，使扁平材料自動連續自我折疊，或滾成貨運用的管子。元件對溫度、濕度或光的反應敏感，能精確合成空間結構體、可展開的醫藥器件、機器人、玩具及其他各種結構物。

研究人員使用的這種形狀記憶高分子敏感材料（SMPs），有能力記住物體的形狀。當溫度統一時，能按照程序改變成另一種形狀。這是一種隨著時間不斷改變形狀、創造物體的能力，能夠在3D物體的基礎上，依照指定的模型，在不同的動力機械特性下工作，打印多重多樣材料。

元件加熱時，由于每個形狀記憶高分子材料內部的時鐘不同，其改變形狀的速度也不同。通過小心地設置這些變化，3D物體能被程序控制，自我復制。

這項基于3D打印模型的自我復制結構物的研究囊括了大量不同的形狀記憶敏感材料。圖形結構由3D打印機制造，用生成的平面元件，根據不同的刺激條件，制成不同的結構物。

在該項研究的早期，研究人員不得不在平面結構的特定位置上加熱，以激發形狀變化。“我們使用了多種加熱器，在元件的特定區域上加熱，使元件持續改變形狀，不得不不停地控制每個加熱器的開關。”喬治亞技術學院機械工程系的喬治·W·伍德拉夫教授解釋道：“早期的努力主要是恰到好處地控制溫度，非常復雜。我們改進了方法，使用了一個網域不變的統一溫度，之后就容易多了，能讓不同的材料通過分子設計自行控制形狀變化的速度。”

研究團隊通過一系列的例子來證明這一方法可行，比如，讓一個平面長片進入有鎖的配置，通過控制它的彎度，使其穿過鑰匙孔。研究人員還證明，平面板條能自我折疊成一個3D盒子。制作這些結構物要求不同部件的不同部分在連續折疊的時候都要結合得十分精確。

“我們充分地把這種能力應用在了3D打印敏感材料上，將10種不同的材料集合在了一個3D結構物里。”新加坡科技大學的馬丁·L·鄧恩教授說。鄧恩教授也是新加坡科技大學數字生產和設計中心的負責人。“我們現在拓展了數字記憶高分子敏感材料的概念，可以用動力機械性能打印它們，讓它們在3D空間里持續變化。”

研究團隊使用精細的有限元仿真器件預測3D打印元件的反應，這些器件用兩種不同商業用途的形狀記憶分子材料制成。研究人員還開發了簡化了的降階模型，能迅速精確地描述自我折疊過程的情況。

“自我折疊的一個重要特點是自我撞擊的管理，折疊構造的不同部分接觸后，可以阻止其繼續折疊。”研究人員還開發了一個度量單位，用于預測撞擊。這個度量單位與減階模型一起使用來設計自我折疊結構物，使結構物可以自我鎖定，進入穩定的配置狀態。

該研究團隊期望這項技術能得到廣泛的應用。比如，無人操縱的航空器，原設計使命是巡航，變形后可以潛水。再比如，3D元件原來的設計是平面的或是管狀的，目的是為了便于運輸，現在可以變形為其他想要的3D結構。