IBM發布納米機器新型4D打印專利，打開增材制造新維度
時間：2025-03-08 19:46 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2025年3月7日，美國專利商標局(USPTO) 公布了總部位于紐約的 IT 跨國公司國際商業機器公司(IBM) 的一項新專利。專利文件最初于 2023 年 8 月提交 (美國專利號 20250073998) 概述了一種使用 4D 打印智能材料運輸微粒的新方法。根據 IBM 的文件，這些 4D 打印物質會響應熱、光、磁場或電等外部刺激而移動。因此，可以對它們進行配置和操作，以將微粒（直徑 1-100µm）從起點傳送到難以到達的小區域內的目標位置。
這家美國科技巨頭的方法使用計算機程序來監控智能材料的運動。如果 4D 物體偏離了預定路徑，機器學習模型就會調整輸入，讓微粒保持在正軌上。IBM 強調藥物輸送、細胞微載體、微型電子組裝和微制造是潛在應用。
IBM 的 AI 工程師 Tushar Agrawal 和應用架構師 Sarbajit K. Rakshit 幫助發明了新的 4D 打印方法，他們擁有豐富的增材制造經驗。Agrawal 為 180 多項專利申請做出了貢獻，其中包括一項使用可分解材料 3D 打印物體并監測其隨時間分解的提案。Rakshit 在 IBM 擁有近 20年的經驗，他是該公司于 2017 年提交的全息圖 3D 打印專利的幕后推手。
△用激光全息圖 3D 打印回形針。圖片來自 DAQRI
前 IBM 軟件開發人員 VinodA. Valecha 也屬于專利發明人之一。他目前就職于圣何塞科技公司Cohesity，之前曾為 IBM 的可折疊構建板連續 3D 打印專利做出過貢獻。Valecha 還與他人共同發明了一種“并行化增材制造”工藝，可在多臺 3D 打印機上同時制造解構部件。IBM 的“大師級發明家”Su Liu 也在新發布的 4D 打印專利中榜上有名。
△IBM 徽標。照片來自 IBM。
IBM 的新 4D 打印專利
IBM 的 4D 打印流程始于計算機程序收到用戶請求，要求將微粒從起始位置沿特定路徑運送到目標位置。每個請求都包括微粒大小、形狀、重量和材料成分等關鍵特征。還必須指定運送路徑和環境條件，小規模智能打印材料能夠穿過工業環境、腸道和動脈等介質。
IBM 的程序會分析請求并使用 ML 模型來設計一個針對微粒輸送進行了優化的 4D 可打印物體。這些物體中可以使用的智能材料包括形狀記憶合金和形狀記憶聚合物。這兩種材料在加熱或變形后都可以恢復到原來的形狀。
如果微粒足夠小，它們可以直接附著在可移動的 4D 物體表面上。然而，對于更大更重的微結構，IBM 建議使用剛性的 3D 打印容器。這些容器固定在智能材料上，并在運輸過程中容納微塑料。
一旦觸發，IBM 的程序就會施加外部刺激來激活 4D 物體。智能材料通過變形并產生使物體運動的力量來做出反應。例如，熱量會導致形狀記憶材料彎曲或折疊，而光會觸發光響應材料的運動。磁場也可用于吸引或排斥 4D 物體，引導物體朝特定方向運動。
IBM 的專利流程使用 ML 模型持續監控 4D 打印物體沿傳送路徑移動的情況。如果檢測到任何偏差或阻塞，算法會立即分析問題并調整刺激以糾正移動。一旦到達目標位置，IBM 的程序就會移除外部輸入，停止移動并傳送微粒。
據這家硅谷科技巨頭稱，新公布的專利為多種高價值應用提供了巨大潛力。例如，它可以通過將藥物輸送到身體各處的特定器官或組織，為靶向藥物輸送提供一種精確的方法。在電子領域，IBM 的創新工藝可用于以極高的精度組裝微型電子元件。智能材料還可以在傳統制造機器和機器人無法到達的狹小空間內移動微粒，為微加工提供價值。
△流程圖代表了 IBM 的新型 4D 打印方法。圖片來自美國專利商標局。
4D 打印：增材制造的新維度
4D打印絕不是一個新概念。早在2021年，中國天津大學的研究人員就開發了一種能夠移動的 4D打印軟機器人。管狀裝置由液晶彈性體制成，受熱后可自行組裝。裝置設計旨在利用折疊圖案在結構內產生應變，使其能夠滾動并穿過平坦表面。這款 4D 打印機器人還展示了爬上 20° 斜坡和拖動自身重量 40 倍的負載的能力。
△3D 打印和加熱軟體機器人。圖片來自天津大學。
一支由德國、埃及和阿聯酋研究人員組成的團隊還開發了一種新方法，可以制作具有記憶功能的4D打印牙齒矯正器。牙齒矯正器采用 Kline Europe 的透明 ClearX 樹脂進行 DLP 打印，插入用戶口中后會變軟。這使得矯正器能夠適應、抓握和重新定位錯位的牙齒。研究人員展示了一種可以隨時間可預測地改變矯正器屬性的能力，成為了一次性牙科產品的可持續替代品。
此外，貝爾法斯特女王大學的團隊開發了個性化的4D 打印乳房植入物，用于管理和治療癌癥。據研究人員稱，這是 4D 打印首次用于生產乳腺癌植入物。
利用這一工藝，北愛爾蘭的科學家制作出多功能乳房植入物，這些植入物可以編程改變尺寸，以更好地適應患者的組織腔。據報道，這可以實現更大的個性化和更好的美學效果。4D 打印植入物還可以編程在需要的地方釋放化療藥物，防止癌細胞復發。
(責任編輯：admin)
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