4D印刷技術(shù)：“夢(mèng)幻”般的4D智慧

當(dāng)我們所認(rèn)為的“印刷”的定義被推到極限時(shí)，將會(huì)有一個(gè)由自組裝材料組成的一個(gè)新的設(shè)想變形對(duì)象——4D印刷。現(xiàn)在，3D印刷的技術(shù)和應(yīng)用已經(jīng)變得眾所周知。不是之前廣泛理解的加法制造：而是使用3D印刷技術(shù)來(lái)創(chuàng)建對(duì)象，可以自己“組裝”來(lái)響應(yīng)特定條件或刺激。

技術(shù)布道者稱之為“4D印刷”,因?yàn)樗黾恿藭r(shí)間維度。就是在傳統(tǒng)3D印刷技術(shù)中再加入“時(shí)間”變量，不僅包含3D的長(zhǎng)、寬和高3個(gè)維度，更增加了一個(gè)時(shí)間維度，使打印出的物體可以隨著時(shí)間推移在形態(tài)結(jié)構(gòu)上自我進(jìn)行智慧調(diào)整，最終自動(dòng)達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)要求。想一下，比如，輸水管道可以根據(jù)水流量的大小而自動(dòng)調(diào)節(jié)管徑，或是運(yùn)動(dòng)鞋自己改變形狀來(lái)適應(yīng)使用者的各種行為。

印刷的對(duì)象以這種方式完成任務(wù)，那么3D印刷設(shè)備必須根據(jù)指令建立他們的響應(yīng)性材料，“告訴”材料當(dāng)遇到觸發(fā)條件時(shí)要做什么。這可能是水，當(dāng)材料變濕的時(shí)候物體將會(huì)展開或盤繞或重新配置。此外，壓力、溫度、光和紫外線輻射等其他刺激都可以成為觸發(fā)條件。

4D印刷重在利用計(jì)算機(jī)軟件，并將相關(guān)設(shè)計(jì)思想直接內(nèi)置于材料當(dāng)中，同時(shí)賦予其按需求改變形狀的能力，所產(chǎn)出的物品如同智能機(jī)器人一樣，無(wú)需外接任何設(shè)備，就能實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)適應(yīng)”“自動(dòng)調(diào)節(jié)”和“自動(dòng)創(chuàng)造”.自組裝在自然界存在過程如DNA的復(fù)制，4D印刷通過局部相互作用組件來(lái)構(gòu)造物體，類似于建造的過程。

Skylar Tibbits說(shuō)，4D印刷能夠突破生物學(xué)、材料科學(xué)、軟件、機(jī)器人、制造業(yè)、交通、基礎(chǔ)設(shè)施、建筑、藝術(shù)、和太空探索。他是麻省理工學(xué)院的自組裝實(shí)驗(yàn)室主任，最著名4D印刷及其用途的倡導(dǎo)者，他的TED演講是一個(gè)對(duì)新興技術(shù)很好的介紹和潛在開發(fā)。

“新興”意味著市場(chǎng)上無(wú)法買到4D印刷產(chǎn)品，其實(shí)際應(yīng)用發(fā)展項(xiàng)目正在進(jìn)行中。澳大利亞新南威爾士州的一所大學(xué)的研究人員提出了一個(gè)門閥實(shí)驗(yàn)，當(dāng)門閥檢測(cè)遇到熱水時(shí)將自動(dòng)關(guān)閉。此外，4D印刷如何與二維的物質(zhì)相交也是所有人正在猜測(cè)的。但是，4D印刷建議者可能想要回想一下，傳統(tǒng)印刷多年來(lái)一直生產(chǎn)自組裝產(chǎn)品。在這種情況下，要如何創(chuàng)造出新結(jié)構(gòu)應(yīng)用。

目前，3D印刷服務(wù)商Shapeways公司正在進(jìn)行神經(jīng)系統(tǒng)的技術(shù)合作伙伴項(xiàng)目，4D印刷的另一個(gè)重要合作就是3D印刷制造商Stratasys公司和3D軟件開發(fā)商Autodesk公司的Tibbits自組裝實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目。

任何新興技術(shù)的吉兆，科學(xué)地講，它也許有軍事應(yīng)用的可能性。2013年，哈佛大學(xué)、伊利諾斯州大學(xué)和匹茲堡大學(xué)的研究人員獲得了855000美元的贈(zèng)款。美國(guó)陸軍研究辦公室需要調(diào)查4D印刷如何被用來(lái)生產(chǎn)能夠滿足戰(zhàn)場(chǎng)條件的物品，例如：可以改變偽裝模式或抵制彈片和毒氣危害的制服。