4D列印遇熱自動變形？AI教導材料自我學習

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2025/04/17 4D列印遇熱自動變形？AI教導材料自我學習

還記得科幻電影裡自我組裝的機器人嗎？現在這樣的技術，正由4D列印實現！由漢堡工業大學與沙烏地阿拉伯石油礦業大學攜手研究，最新的4D列印讓材料不僅能被列印，更能「自我改變形狀」！

智慧材料在航太、土木工程、機器人和醫療保健等領域的應用

4D列印材料「自己就會動」
4D列印結合形狀記憶聚合物(SMP)、光熱致動技術與機器學習，開創一種全新的製造方式——當材料接觸到光或熱，它會自動彎曲、折疊，從平面2D變身立體3D結構。這種技術可應用在自動包裝、醫療器材，甚至太空組件，是未來智慧製造的關鍵。

松果、蜘蛛絲、珍珠層和膠原蛋白等天然智慧材料，啟發了響應式4D結構

變形墨水
在實驗中，研究人員把可吸光的墨水列印在預拉伸的聚合物表面，當光線照射時，墨水吸收能量產生熱效應，讓材料在指定的摺痕處彎曲，因此一塊平平無奇的塑膠薄片，就能像摺紙一樣自動變形成複雜的立體結構。

另外，透過添加奈米粒子，這種光吸收還能精準控制在特定波段，未來甚至有望製作可重複變形的智慧結構，提升材料循環使用與應變能力。

4D列印材料的範例：水凝膠、液晶彈性體、磁性複合材料和SMP

AI設計，材料「知道」怎麼變形！
人工智慧是這項技術的催化劑。研究團隊利用深度學習模型(如CNN、GAN)預測材料的變形行為，甚至可以反推設計，只要輸入想要的彈性、強度，AI就能設計出最佳材料結構。

未來，可能只要告訴AI︰「我想要一個可以自動收縮的醫療支架」，AI就能給予可列印的設計圖。這種結合機器學習的「智慧材料設計」，令4D列印從實驗室加速走向商業應用。

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4D列印形式包括膨脹晶格、仿生夾鉗和形狀記憶物體

4D列印的挑戰
當然，這項4D列印的技術仍有瓶頸，例如形狀記憶材料大多只能單方向變形，且長期使用後，容易疲勞損壞。此外，許多4D列印材料尚未支援高解析度的複雜結構，限制了應用範圍。金屬4D列印如NiTi合金，也因列印過程中的能量控制不穩，而導致孔隙與強度不足。

不過研究人員已開始開發新材料、強化列印精度，並導入可逆變形與更耐疲勞的設計。未來的4D列印結構不僅會動，還能「反覆」動、「聰明」地動，甚至「自己知道要怎麼動」。

從列印物品到列印智慧
4D列印不只是加一個維度，而是從「做出來」走向「讓它自己變成什麼」。當材料本身就是程式，未來產品不再固定不變，而是隨環境變化來作出智慧調整。從製造業、建築、醫療到太空應用，4D列印正默默改寫人類與材料的關係，讓我們拭目以待——這場科技風暴的全面到臨吧！

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