浙江大学DLP 4D打印创造美丽的四维花朵

浙江大学化学工程国家重点实验室的工程师们演示了一种“4D打印”过程，它需要投影仪、光固化树脂和石蜡。该技术已被用于创建彩色海芋花的3D打印模型。DLP 3D打印，一个能够创造高质量的塑料零件的技术，现在已经司空见惯了。使用投影仪，这种3D打印机可以将液态树脂逐层固化成特定的二维形状，直到形成完整的三维物体。然而，现在看来，DLP可以用于4D打印只固化一个单一的二维层。这是不寻常的现象，最近在浙江大学化学工程国家重点实验室进行了演示，研究人员在国际学术期刊《先进材料》上发表了他们的发现。

“4D打印”一词指的是许多不同的东西，但在这种情况下，指的是3D打印对象随着时间的推移而改变（第四维度）。浙江大学化学工程学院的谢涛教授解释说，这种4D打印现象背后的秘密在于几秒钟的光固化。DLP投影机的光经过精心编程，以提供一个薄的树脂层与异光固化结构的每一个像素，与树脂变成一个固体塑料形状，这很像DLP 3D打印，虽然光不仅集中在固化树脂，使之成为一个特定的形状，令人难以置信的4D打印过程。在这个过程中，研究员黄丽梅先放几滴光固化树脂在两片玻璃之间，然后用投影仪照在它。这种光“雕刻”是通过一系列复杂的机械计算，通过灰度变化来实现的。然后材料在几秒钟内从液体变成固体，这就像看一个很短的微型胶卷。但更多的是在这一点上比眼前的情况：在两个玻璃片之间的树脂的每个像素在分子水平上被改变，为后来的转变奠定了基础，DLP 3D打印机的大多数用户将永远不会亲眼目睹这一过程。


经过精确的“日光浴”下的投影机的光，然后采取树脂填充玻璃面板，揭示了树脂已成为一个平面膜。然后将这种膜放在凝胶状的熔化石蜡中，在那里神奇开始发生。由于每个像素的分子结构不同，每个像素“吸收”的石蜡量不同。这种在扁平膜上的分化使得整个物质在石蜡被吸收时开始慢慢扭曲。在不到三分钟，二维膜已经变成了一个3D的海芋花副本。不同的光固化材料可以以不同的方式组合，因为某些材料可以用来形成不同的形状。这位教授还认为，4D打印过程可以取代某些领域现有的3D打印技术。“它最大的优势在于它的速度，制备多维材料的整个过程大约是3D打印相同材料所需的时间的十分之一。”


根据中国工程师们的说法，研究人员可以通过选择合适的材料和工艺，将3D打印的对象轻松地转换成四维形状的物体。据了解，该小组的研究将提醒人们，逐层打印并不是获得多维结构的唯一途径。而马蹄莲4D打印是视觉上令人印象深刻的过程，能有更多的实际应用，研究人员认为，4D打印过程可用于治疗眼部问题，如近视、远视，用一种类似于花制作一个用于改变眼睛的设备，它将返回一个正常的状态。在不久的将来这种4D打印的将应用于临床。DLP 4D打印也可以用来创造珠宝。例如，4D打印彩色海芋模型可作为模具，液态金属倒入模具制造铸造件。一旦液体金属冷却，珠宝商将留下一个金属的马蹄莲。超多维快速制造方法可以用来提高珠宝脱蜡过程，珠宝生产效率大大提高。