由于3D打印过程需要印刷大量2D图层以构建物体，通常会浪费很多材料，因此制造复杂物体通常需要很长时间。虽然一些新颖的方法可以将平面材料自动折叠成3D形状，但它们存在缺陷。

研究人员首次将2D打印、折纸和化学相结合，创造出了一种快速制造3D物体的方法，而不产生任何废弃物。这些形状可以在几秒钟内自动折叠成3D形状。他们的研究已在《ACM Transactions on Graphics》上发表。

3D打印已经被用于制造一些产品。现在，它在商业物品制造中的使用越来越多，包括喷气发动机零部件。但是，每种3D制造方法都有局限性，例如完成打印所需的时间长或打印中废弃材料的浪费。

4D打印是一种新概念，旨在通过使用最少量的材料来减轻这些问题。这些材料被选择具有特殊属性，使它们在适当的条件下自动折叠成复杂的3D形状。它被称为4D打印，因为自动折叠的过程利用了时间，通常被称为第四维。具有讽刺意味的是，一种新的快速4D打印方法始于2D领域。

专门设计的软件可以将输入的3D模型转换成可以打印的2D图案，该3D模型可以是对现有物体的扫描。 然后，打印出来的图像可以浸入热水中，以自行折叠成最终的3D物体。

东京大学电气工程和信息系统系的项目助理教授Koya Narumi表示：“我的团队和我发现了如何使用可访问的工具和材料创建自动折叠的4D物体。本质上，我们正在创建带有折纸图案的平面纸片，这些图案可以很复杂，即使是有经验的折纸艺术家也需要数小时来完成。但由于我们的特殊工艺，您可以在这些平面纸片上倒入热水，看着它们在几秒钟内变成复杂的3D形状。”

该技术利用一种特殊的喷墨打印机，使用UV(紫外线)敏感材料进行打印。尽管机器本身可能需要成千上万美元，但它们通常在共享车间中被发现。这台打印机在两面都打印了2D折纸设计，这是一个会收缩的塑料片。

它使用的墨水不会收缩，在干燥时可以保持柔韧性。随着基础纸片在加热时收缩，墨水抗拒收缩，在一侧或另一侧的墨水之间留下间隙，设计师可以控制某个部分的纸片折叠方向。使用热水将热量施加到平面纸张上，使其自动折叠成复杂的折纸结构。

Narumi团队的希望这一创新可以在各个领域得到应用，例如时尚，那里材料浪费通常很高，特别是在寻求定制设计的区域。

但是，考虑到预折叠的形状完全是平面的，因此在任何存在严格的物流或存储问题的情况下也可能有用。印刷设计甚至可以被邮寄，收件人可以加热它们，将它们变成所订购的物品。在灾难恢复领域，甚至可以在需要某些物品(可能包括医疗用品)但运输困难时使用，当所需物品基本上是平面时，情况变得更加容易。

本文译自 techxplore，由 BALI 编辑发布。

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