前方高能！4D打印初露锋芒

4D打印初露锋芒，智能材料至关重要3D打印在全世界范围内广受关注的同时，4D打印技术逐渐活跃。与3D打...

3D 打印在全世界范围内广受关注的同时， 4D 打印技术逐渐活跃。与3D打印相比，4D打印增加一个维度“变化”，即在3D打印过程中在预先设定的部位内置入智能材料，打印完成后将产品放在特定的环境中，智能材料在外界环境的作用下发生物理或化学变化，导致产品形状、强度等发生变化。4D打印所需要的并非一般的普通材料，而是带有记忆功能的智能材料，是一种能够感知外部刺激，并能够通过判断而进行自我变形、组装的新型功能材料。该材料不仅具备3D打印材料的可打印性，还具有传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自我变形能力、自我组装能力、自我诊断能力、自我修复能力和超强适应能力，以及快速响应的变形组装能力。现阶段，4D打印所需要的材料一般包括电活性聚合物、形状记忆材料、压电材料、电磁流变体、磁致伸缩材料等。4D打印除对打印材料要求较高以外，还需要具备触发智能材料自我改变的“催化剂”。根据不同的打印材料，这一“催化剂”可以是水，也有可能是光、热、声音、震动、气体等，当触发介质发生变化时，4D打印材料会自动响应，自动改变形态。美国麻省理工学院提出材料自组装的概念，并进行一系列探索性研究，这也成为4D 打印的雏形和基础。2013年2月在美国举行的TED大会上，麻省理工学院研究人员Skylar Tabbis将一根含有吸水性智能材料的复合材料管放入水中后，这根管子自动扭曲变形，显示成“MIT”字样的形状。这是4D打印技术的首次公开亮相，并立即在全世界引起轰动。

美国佐治亚理工学院和新加坡科技与设计大学的研究人员共同研发了可制造出由组件自行折叠形成的3D物体，这些组件可以是压扁或卷成管状，能以准确定时的方式对温度、湿度或光线等刺激做出反应，从而形成立体结构。这项研究成果利用多种不同的智能形状记忆聚合物材料按照设计好的模式制作出自折叠结构。美国哈佛大学工程与应用科学学院、匹兹堡大学斯旺森工程学院、伊利诺伊大学的研究人员共同运用其在纳米和微观层面操纵材料的技术能力与研究优势，研究出可以随着时间推移修改结构的仿生复合材料。这种材料能够根据外界刺激、按需求开发，可重新调整形状、性能或功能，实现材料的自适应、灵活轻盈且坚固，而不是一个静态或简单地改变形状的材料，这也为生产新一代智能传感器、涂料、纺织及结构件开辟新途径。

美国弗吉尼亚理工大学的研究团队将4D打印同纳米材料结合在一起。在打印出的物体中嵌入纳米材料，制造出能在电磁波作用下改变属性的多功能纳米复合材料。在这一新材料的基础上，研究小团队继续开发出新型传感器，该设备能够被植入医疗设备，用于测量血压、胰岛素水平和其他医学指标的极限数值。专业型3D打印机制造商引领性发展

3D打印机制造企业以美国3D Systems、Stratasys、德国EOS公司为代表。3D Systems公司提供“一站式”3D打印解决方案，包括装备、材料、工艺、软件、教育培训和应用支持，其解决方案覆盖模具、医疗、教育、珠宝、建筑等行业。Stratasys公司引领熔融沉积成型技术发展，拥有较为全面的材料组合，包括上百种光聚合物和热塑性塑料。

EOS公司是选择性激光烧结技术领导企业，主要业务集中在航空航天、医疗领域的精密零部件。其他知名3D打印机公司还包括瑞典Arcam、德国ExOne、德国SLM Solution等。

传统制造业巨头发力3D打印

传统制造业巨头并非处于3D打印产业链核心地位，但凭借已有的制造业资源与市场优势，试图将3D打印这一先进制造技术融入到已有的制造工艺体系中，实现对传统产品服务体系的改进和升级。布局3D打印的传统制造业巨头以美国通用、惠普，日本松下、东芝等公司为代表。通用公司成立增材制造实验室，收购Morris Technologies和Rapid Quality Manufacturing两家工业级3D打印公司，并对位于阿拉巴马州的奥本工厂扩大3D打印制造能力。

目前，该厂已经开始生产新一代LEAP喷气发动机所需的3D打印燃料喷嘴。2014年通用公司在宾州匹兹堡再建3D打印工厂，2015年公司首款经3D打印的商业喷气发动机零部件高压压气机温度传感器外壳通过美国联邦航空管理局（FAA）认证。惠普推出Multi Jet Fusion打印技术和具有3D扫描功能的计算机设备Sprout，计划在2016年开始规模销售。



日本电器制造巨头松下公司借助3D打印技术研发新型数码家电产品，计划将可高效生产树脂和金属部件的3D打印机应用于家用电器制造生产，一旦成功，将是3D打印技术首次应用于家电制造。半导体产业龙头东芝看中3D打印强大的市场潜力和技术含量，最新研发的3D打印技术比现有的打印速度快10倍，精度上也有所提升。

3D打印云平台部署全球化业务

3D打印云平台企业利用网络众包、异地协同设计等新型商业模式，推动生产制造服务化。以Shapeway、3D Hubs等为代表的新兴3D打印云平台企业表现抢眼。Shapeways平台是全球最具影响力的在线3D打印平台之一，主要为用户提供定制设计与产品服务，为设计人员和3D打印爱好者销售3D设计和产品提供渠道。目前，该平台覆盖全球130多个国家地区，3D打印店铺超过2万家，会员数量超过50万，3D打印产品月均数量高达18万件以上。

3D Hubs并不拥有3D打印机，通过建立全球化的3D打印机分布式网络，形成C2C商业模式。该平台已与超过1.7万台的3D打印机形成关联合作，遍布150多个国家地区，占全球3D打印机总量的近5%。较Shapeway更具优势的是，3D Hubs通过对这上万台3D打印机信息汇集和整理，已形成权威的3D打印大数据分析处理能力，包括3D打印机型号、质量、厂商排行榜，3D打印产品应用领域、颜色排行榜，3D打印城市排行榜等。

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