你是否想過(guò)一個(gè)潛艇，在不用電不耗燃料的情況下，也可以移動(dòng)呢？4D打印竟然讓這成為了現(xiàn)實(shí)，這是一艘完全用塑料制成的潛艇，7.5厘米長(zhǎng)，能夠向前劃槳，運(yùn)送貨物，并返回基地，所有這些都沒有發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)劑或電源。

　　將材料科學(xué)、計(jì)算和工程結(jié)合在一起，創(chuàng)造了這一壯舉，是由kristina shea教授與加州理工學(xué)院的研究人員一起完成的。那么這艘潛艇究竟是如何運(yùn)動(dòng)的呢？

　　其實(shí)它采用了4D打印的概念，首先對(duì)3D打印對(duì)象進(jìn)行預(yù)編程，以便將塑料對(duì)熱的響應(yīng)轉(zhuǎn)化為不同的形狀，從而轉(zhuǎn)化為潛艇的運(yùn)動(dòng)。微型潛艇的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的熱激活執(zhí)行器，依賴于交錯(cuò)激活三個(gè)單獨(dú)的執(zhí)行器組。

　　在每一組槳和一個(gè)固定在頂部的夾持器上，潛艇的4D打印執(zhí)行器被編程以適應(yīng)水溫的變化。在第一次沖程中：膨脹發(fā)生，執(zhí)行器移動(dòng)，帶動(dòng)連接的漿劃動(dòng)。第二組槳上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)比第一組中的槳厚，這意味著執(zhí)行機(jī)構(gòu)的塑料需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)加熱、膨脹和產(chǎn)生沖程。

　　潛艇的游泳過(guò)程類似于我們的肌肉擴(kuò)張和收縮以產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的方式。然而目前，潛艇每套執(zhí)行機(jī)構(gòu)只能執(zhí)行一次沖程/動(dòng)作，如果要多次運(yùn)動(dòng)潛艇需要重置。

　　最終，該團(tuán)隊(duì)將能夠創(chuàng)造復(fù)雜的系列多個(gè)4D打印驅(qū)動(dòng)器，以使?jié)撏г谒械倪M(jìn)一步活動(dòng)。研究人員還希望擴(kuò)大研究范圍，將對(duì)其他環(huán)境因素(如水的鹽度或酸度)作出反應(yīng)的材料也包括在內(nèi)。

之前4D打印有哪些研究進(jìn)展呢？

　　▲典型的4D打印結(jié)構(gòu)，可在熱刺激下變形，由美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）研制

　　美國(guó)喬治亞理工學(xué)院（GT）近日展示了他們開發(fā)出的一種全新4D打印結(jié)構(gòu)。正如圖片所示，它們?cè)忍幱谝环N“蜷縮”狀態(tài)，但隨著浸入熱水后便會(huì)逐漸展開，最終變成另一個(gè)樣子。

　　同樣是Kristina Shea教授的研究成果：這些4D打印結(jié)構(gòu)是他們使用一款多材料3D打印機(jī)制造的。其中，白色部分的材料一種剛性聚合物，黑色部分的材料則是一種彈性聚合物。這種彈性聚合物受熱會(huì)發(fā)生形變，而這正是這些結(jié)構(gòu)變形的關(guān)鍵所在。