自折叠折纸可快速廉价且高效地创建3D形状

复杂物体的3D打印通常需要很长时间，因为打印过程需要铺设大量2D层来构建物体，并且该过程通常会浪费大量材料。存在一些使平面材料自折叠成3D形状的新颖方法，但它们也有缺点。

研究人员首次将2D打印、折纸和化学结合起来，创建了一种快速3D物体制造方法，且不产生任何废料。这些形状在几秒钟内就会自动折叠。他们的研究成果发表在ACMTransactionsonGraphics上。

3D打印用于制造产品已经有一段时间了。现在它越来越多地用于商业产品的制造，包括喷气发动机零件。但每种3D制造方法都有其局限性，例如完成打印所需的时间较长或打印过程中残留材料的浪费。

4D打印这一概念旨在使用最少量的材料来缓解这些问题。这些材料被选择为具有特殊性能，使它们能够在适当的条件下自折叠成复杂的3D形状。之所以称为4D打印，是因为自折叠的过程需要利用时间，这就是人们常说的第四维。讽刺的是，一种新的快速4D打印方法始于2D领域。

东京大学电气工程与信息系统系项目助理教授KoyaNarumi表示：“我和我的团队发现了如何使用易于使用的工具和材料来创建自折叠4D物体。”“本质上，我们正在制作带有折纸图案的平板，这些图案可能很复杂，即使是熟练的折纸艺术家也需要数小时才能形成。但由于我们的特殊工艺，您可以将热水倒在这些平板上并观看因为它们会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，使用紫外线反应材料进行打印。尽管机器本身可能花费数万美元，但它们经常出现在共享车间内。该打印机将二维折纸设计打印到受热收缩的塑料片的两面。

它使用的墨水不会收缩，并且在干燥时可以保持柔韧性。由于基片在加热时会收缩，并且墨水可以抵抗收缩，因此通过在一侧或另一侧的墨水部分之间留出间隙，设计者可以控制片材的特定部分的折叠方式。使用热水对平板进行加热，使其自然折叠成复杂的折纸结构。

“我们最大的挑战是完善硬件和材料的选择，我们花了一年多的时间才将范围缩小到最终选择，”鸣海说。“但是所有的尝试和错误都是值得的;与之前围绕相同基本思想的研究相比，我们将输出分辨率提高了1,200倍，这意味着我们可以创建的设计不仅新颖，而且可以用于实际应用未来，我们可能会探索功能材料，例如导电或磁性墨水，这些材料可以用于机器和其他功能设备。”

Narumi和团队希望这项创新能够应用于时尚等各个领域，这些领域的材料浪费往往很高，特别是在定制设计受到追捧的领域。

但考虑到预折叠形状完全平坦，因此在任何物流或存储问题紧张的情况下，它都有用处。甚至可以张贴印刷设计，然后接收者可以将它们加热以将其变成他们订购的物品。甚至可以用于灾难恢复领域，其中需要某些物品，可能包括医疗物品，但通常难以运输，而当所需物品基本上是扁平的时，运输就会变得容易得多。

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