美科学家发现清除放射性废物的新材料-近程探测技术实验室-南京理工.doc

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1、内部总第243期10南京理工大学图书馆二零一四年十月二十五日4D打印与可编程物质世界3D打印技术大约在30年前就已经提出，直到2013年才受到关注，其当前影响及未来潜力得到政府、工业界和公众的广泛认可。最近，美国智库大西洋理事会发布题为《下一个浪潮：4D打印与可编程物质世界》的报告，阐述了4D打印的定义、优势、研究进展、面临的技术挑战及应用前景，认为4D打印将把3D打印提升至全新的水平，为人类带来一种全新的颠覆性技术。4D打印是指利用“可编程物质”和3D打印技术，制造出在预定刺激下(如放入水路，或者加热、加压、通电、光照等)可自我变换物理属性(包括形态、密度、颜色、弹性、导

2、电性、光学特性、电磁特性等)的三维物体。其中，“可编程物质”是指能够以编程方式改变外形、密度、导电性、颜色、光学特性、电磁特性等属性的物质。4D的第四维是指物体在制造出来后，其形状或性能可以自我变换。4D打印制造的物体至少有两种形式：一种是物体的各部分连接在一起，可自我变换成另一种形态或性能；另一种是该物体由可分离的三维像素组成，三维像素可聚焦形成更大的可编程部件，该部件也可分解成三维像素。4D打印除了具有3D打印的特点如：无需更换设备就能在同一批次中实现定制生产；数字文件可发送到满足设计参数要求的任何打印机制造该产品，实现产品的快速全球生产；可直接按标准数字文件制造实物产

3、品；可在一个流程中制造整个产品，摈弃了供应链和组装线；可制造结构复杂的部件，产品设计可延伸到结构内部；工程师和设计师将不再受机械加工、冲压、成型等制造工艺限制。4D还可在打印部件中嵌入驱动、逻辑及感知等能力，利用设计和编程实现物质世界的数字化；可通过外部刺激转变成具有复杂功能的结构和系统；实物可从一种形态转换成另一种形态，提供最大限度的产品设计自由度。7DARPA于2007年启动“可编程物质”项目，2009年完成第一阶段研究工作，在理论上成功验证了宏观的三维固态物体可由介于宏观和微观之间的中尺寸微粒进行构造和分解，从而具有自我塑造功能。目前，麻省理工大学设计并建造了一个由毫

4、米级组件组成的“milli-motein”变形机器人，能够自我折叠成各种复杂形状；麻省理工大学自组装实验室与Stratasys公司、Autodesk公司合作，演示验证了“智能材料”制成的绳子放置在水中可自我折叠成字母“MIT”，以及平坦的表面和线条结构可自我折叠成立方体。DREAMS实验室演示验证了通电后会转动的飞机襟翼原型。此外，将微型传感器嵌入到打印材料中也是目前4D打印发展的新方向。4D打印技术未来发展面临的主要技术挑战：①计算机辅助设计软件如何设计多尺度、多元素、动态的4D产品。②如何生产具有多功能特性的材料，并嵌入逻辑功能。③如何在确保三维像素间的粘合力的同时，保

5、证可重新配置和回收。④如何生成、存储和使用能源以支持单个三维像素和可编程材料的运动。⑤在亚毫米级尺度中如何有效且高效地嵌入可控的电子元件或电子能力。⑥如何对单个三维像素进行编程并与其通信，以及如何编程各种状态间的变换。⑦如何设计和编程可响应环境的三维像素。⑧何种外力可引发三维像素的自组装。⑨如何制定标准以确保系统与三维像素之间的无缝互动。⑩传统的技术渠道能否认证可编程系统，是否需要全新的认证体系。⑩在物体中嵌入可编程能力后，如何确保其物理和网络安全。⑩能否经济实惠地建造“可编程物质”系统。⑩如何描述三维像素的动态特性，以及是否需要新的测量设备。⑩如何确保三维像素能够自我分解

6、并重新配置，或者能够进行错误校正以达到自我修复。相比3D打印，4D打印在军事应用上具有更大优势，4D打印仅需收集三维像素进行编程，便可形成所需的部件和工具，当这些部件和工具不再需要时，可对其进行拆解，留下三维像素供制造其他部件和工具。4D打印还能够制造具有生命般特质的结构、可进行温度调节的制服、可自我变形提升飞机性能的机翼、可用于装备裂缝修复的自我修复材料、可用于信息安全的自我分解材料，甚至有一些研究人员认为研制变形机器人是4D打印的终极目标。白俄罗斯“阿杜诺克”遥控武器站白俄罗斯迪斯普雷设计局新研制的“阿杜诺克”遥控武器站正在进行批量生产，并已投向市场。“阿杜诺克”遥控武

7、器站可配装东欧制式武器，如PKT式7.62mm机枪或NSVT式12.77mm机枪，传感器吊舱位于武器左侧，弹药箱位于武器右侧。武器站上还可安装AG-17A式30mm自动榴弹发射器，最大射程1500m，共携带50发待发弹。可选装稳定系统和自动目标跟踪系统。武器站(不含武器及相关弹药)总重为150kg。“阿杜诺克”遥控武器站重量轻、结构紧凑，既可安装在小型车辆和小艇上，也可安装在固定位置用于保护高价值目标。安装在固定位置时，每个操控人员通过操控面板能够控制4套“阿杜诺克”，每套之间的最大间距可达300m。控制面板由两部