4D打印來襲

八由草

如今，3D打印技術(shù)已經(jīng)被大眾所熟知，設想一下：把一臺3D打印機連接上你的電腦，它就能為你生產(chǎn)任何東西。沒有了牙刷，打印一把；需要新衣服，讓打印機制造……你只需要告訴電腦所需物品的樣式和尺寸，電腦就會指揮打印機為你打印出來。

但如果你只是了解3D打印，那你可就落伍啦！這不，美國的科學家們已經(jīng)將4D打印從幕后搬到了臺前。

4D打印究竟是何方神圣

雖然4D打印只是比3D打印多了一個數(shù)字，但實際上卻是兩個完全不同的概念。與3D打印不同的是，4D打印增加了類似《變形金剛》里“汽車人變形”的能力，就好像是增加了連線和發(fā)動機的機器人。

簡單來說，3D打印是用相應的材料按照預先設計好的模型完全復制。而4D打印是將想要的形狀直接輸入材料當中，然后打印出來的物體就會自動變形、組合出現(xiàn)。

這聽起來似乎很神奇，其實，4D打印就是使用可編程的智能材料，實現(xiàn)物體的自我組裝。4D打印之所以可以實現(xiàn)原材料自動成形，最關(guān)鍵的是使用了記憶材料，這是一種無需打印機就能夠讓材料自動成形的新材料技術(shù)。

當然，4D打印僅有記憶材料是不夠的，還需要具備另一個非常關(guān)鍵的因素，那就是能觸發(fā)自我組裝的“催化劑”。根據(jù)打印材料的不同，“催化劑”也不盡相同——光、熱、聲音、震動、氣體，甚至是電子……也就是說，在特定環(huán)境下，無需人為干預，4D打印物便可按照事先的設計進行自我組裝。

材料能“編程”？

4D打印使用的是可編程的智能材料，這種材料到底是什么呢？來看看美國麻省理工學院（英文縮寫：MIT）在2014年向公眾演示4D打印的原理：研究人員將一段細絲放進一個水槽中，突然，細絲開始扭曲變形，先是一端翹起并且扭動，就像擁有某種機械裝置一樣；接著，中段也出現(xiàn)彎曲并且拱起。細絲的變化過程一直顯示在屏幕上，最后它變化成了3個清晰的字母：MIT。

細絲變化出了什么形狀并不重要，重要的是它是如何變的，為什么能夠這樣做。原來，細絲之所以能變形，源自于材料內(nèi)部的某種“程序”，是它在控制細絲的變化行為。這樣能自動組裝成預定的結(jié)構(gòu)和外型的材料，就是4D打印使用的可編程的智能材料。

如今，研究人員正在尋找新的材料，去打印能夠做出更復雜變化的物體。他們使用的材料多種多樣，例如木材、碳、顏料和金屬等。同時，研究人員也極力想要使這些材料獲得另外一種優(yōu)勢——減少廢棄物。

科學家們認為，既然材料能通過“程序”使它們按某種路徑變形，發(fā)揮功能。那么，使用同樣的方法，也可以讓這些材料以某種方式停止工作。如此一來，它們就可以自我還原、自然修復，可以用作新用途?；蛘呒幢氵@些材料沒有用了，也可以通過自我降解，進入自然的循環(huán)，甚至能還原成最基本的成分，用來構(gòu)建新的產(chǎn)品。

4D打印闖入軍事領(lǐng)域

在4D打印技術(shù)首次亮相僅僅半年時間后，美國陸軍就宣布要拿出一筆資金用于開發(fā)4D打印技術(shù)。

如果說3D打印技術(shù)方興未艾，那4D打印則實實在在處于概念階段。那么，美國軍方為什么要迫不及待地投資4D打印這個尚未完全開發(fā)的領(lǐng)域呢？

其實原因很簡單，想象一下，在混亂的戰(zhàn)爭中，一件用4D打印技術(shù)制成的作戰(zhàn)服，它能在不同的環(huán)境下變換出不同的迷彩色，甚至還能通過折射光線來讓士兵們隱身，如此一來，是不是更能保障士兵們的安全呢？不僅如此，要是有一種能根據(jù)環(huán)境改變屬性的鋼材，這樣就能大大提高坦克的性能。如此一來，也可以更好地保護士兵們的生命安全。

說不定在不久的將來，人們還有希望利用4D打印技術(shù)開發(fā)出類似“萬能膠囊”的帳篷，平時可以折疊存放，灑點水它自己就會膨脹，變成一頂完整的帳篷。在軍旅生活中，方便快捷！

在人體內(nèi)“大展拳腳”

4D打印技術(shù)不僅能在極端條件下發(fā)揮作用，而且還能在微小的空間中“大展拳腳”，比如在人體內(nèi)。

有家生物材料公司參與開發(fā)了帶有記憶功能的生物心臟支架。要知道，傳統(tǒng)的心臟支架一般都是由記憶金屬制成的，可惜金屬支架無法自動降解，除非人為地將支架取出，否則它將永遠留在人體內(nèi)。不過，要是用4D打印技術(shù)研制的心臟支架，它會以極其細微的形態(tài)進入人體內(nèi)，當體內(nèi)條件合適時，再變形成可以撐開的空心支架。涂抹了藥物的支架在預定位置完成擴張和疏通血管的使命后，就會在血液中自動降解。

這也就是4D打印新優(yōu)勢所在。

潛力無限

4D打印技術(shù)的理念顯然潛力無限，但這絕非僅僅只是因為它在軍事和生物醫(yī)藥領(lǐng)域中大顯了身手。

雖然真實的4D打印技術(shù)不會像《變形金剛》里的“汽車人變形”那樣，“嘭”的一下就變出一個龐然大物來，但或許在未來，4D打印會變得更加智能和人性化：人們的服裝不僅時尚，而且能自動根據(jù)氣溫變化調(diào)整保暖性和透氣性；人們腳下的道路會自動吸收雨水；房屋的外墻能隨著四季改變特性；在太空和深海，探測器能自動打印出新的科研設備；而家用智能打印機幾乎已走進每家每戶，將普通人天馬行空的想象“打印”出來，進入現(xiàn)實……