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4D打印时代!记忆合金如何普及到智能家居领域?(转载)

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2016-02-26 15:50【

  4D打印时代!记忆合金如何普及到智能家居领域?

  数智网 16年02月26日

   所谓的4D打印,准确地说是一种能够自动变形的材料,只需将其放入水中,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。4D打印最关键是记忆合金。

  4D打印由MIT与Stratasys教育研发部门合作研发,是一种无需打印机器就能让材料快速成型的革命性新技术,在去年夏天的美国《自然》杂志上,就针对液态4D打印技术做了专题报道。

  


  记忆合金的使用:

  1969年7月20日,美国宇航员乘坐“阿波罗”11号登月舱在月球上首次留下了人类的脚印,并通过一个直径数米的半球形天线传输月球和地球之间的信息。这个庞然大物般的天线是怎么被带到月球上的呢?就是用一种形状记忆合金材料,先在其转变温度以上按预定要求做好,然后降低温度把它压成一团,装进登月舱带上天去。放置于月球后,在阳光照射下,达到该合金的转变温度,天线“记”起了自己的本来面貌,变成一个巨大的半球。

  智能家居的形状记忆合金:

  形状记忆合金具有形状记忆效应,以记忆合金制成的弹簧为例,把这种弹簧放在热水中,弹簧的长度立即伸长,再放到冷水中,它会立即恢复原状。利用形状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温:在热水温度过高时通过”记忆”功能,调节或关闭供水管道,避免烫伤。这比家居自动化电路控制要更安全,因为它不会出现任何电路或者机械的故障,温度的变形就是它本身的固有属性。在智能家居中形状记忆合金的形状记忆效应被广泛应用于各类温度传感器触发器中,例如消防报警装置及电器设备的保安装置,当发生火灾时,记忆合金制成的弹簧发生形变,启动消防报警装置,达到报警的目的。

  4D打印的当下与未来:

  4D打印的逻辑:是把产品设计通过3D打印机嵌入可以变形的智能材料中,在特定时间或激活条件下,无须人为干预,便可按照事先的设计进行自我组装。3D打印机目前还未大面积普及,但是3D打印机在国外已经进入千家万户,小型3D打印机已经甚至开始在大型超市售卖,所以4D时代已经并不遥远。

  从液体金属中直接打印出,《终结者》里的未来机器人用的都是这种制造金属,4D打印机从液态金属里直接将机器人拉出来,但是那里面的液态金属不仅具有记忆功能,而且还有可编程功能,是更加智能的材料。

  4D打印原理:

  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。

  暂且不那么超前说可编程液态金属,但是我们今天只谈目前可以触及的技术,4D打印。3D打印机组装成成品,例如你打印一把椅子,就可以将塑料分子材料在3D打印机里放好,然后打印成成品。但是4D技术不是这样的,4D打印机里的材料自己就知道自己是一把椅子,但自我组装并不是凭空出现的,每一个小分子之间到底怎么弯曲、折叠或伸展成我们需要的物体形态,需要事先进行相应的模型设计,椅子材料最终可能会在水或者温度等条件下把自己做成个椅子。

  第四维度:

  2D、3D、4D,看起来像个等差数列,实际上是每一级增加了一个D,即打印出来的物体增加了一个维度。其实4D打印是第四维度的展现,也就是材料的“智能”维度空间,或者是说是在3D打印技术上的时间维度体现,所以我们称之为4D打印,虽然都是3D成品,但是它被赋予更多的属性和功能。

  有些智能家居产品的控制触发并不需要设计电脑版的逻辑控制,例如上面的消防报警装置。关于记忆合金的成本是不是很高,它本身就是金属的属性,只是需要发现何种合金有何种性质,半世纪以来记忆合金的发现越来越多,应用领域从航天、军工到医疗、建筑,现在智能家居家居产品的传感器内也越来越多,而且未来这种技术可以自我组装家具。