國內科技發燒友們對3D打印才剛剛有了一個朦朦朧朧的概念認知時 ， 而美國的科學家們已經強勢將4D打印從幕后搬到了臺前 。
什么是4D打印

聽起來4D只是比3D打印多了一個數字 ， 但實際上卻是完全不同的概念 。 如果說3D打印就是用相應的材料按照之前預先建模的計劃完全復制 ， 那么4D打印則是直接將想要的性狀輸入材料當中 ， 然后打印出來的物體會自動變形、組合出現 ， 這聽起來似乎神奇而玄妙 。

用美國麻省理工學院的一句經典描述：在3D的基礎上提出了第四個緯度時間 ， 隨著時間的推移 ， 靜止的物體能夠變形和適應新的環境 。 4D打印其實就是使用可編程的智能材料實現物體的自我組裝 。 4D打印之所以可以實現原材料自動成形 ， 最關鍵的是記憶材料 ， 這是一種無需打印機就能夠讓材料成形的革命性新材料技術 。



微尺度機器人

從上世紀90年代初開始 ， 已經有一些富有想象力的科學家開始在討論可編程物體了 。 不過直到2007年 ， 可編程物體的研究才獲得了快速發展 。 當時美國國防部資助了一項“可編程物體”的研究 ， 目標是設計和建造微尺度級別的機器人 ， 能夠組合或變形為更大型的軍用系統 ， 如實體展示器或專用天線 。 研究人員將機器人縮小到毫米級尺度 ， 差不多相當于一根鉛筆的粗細 。
在幾年時間內 ， 他們已經成功地展示了體積微小的變形機器人 。 現在 ， 科學家已經著手開發納米級自主組裝設備 ， 可以用作生化傳感器、電子設備 ， 或是給藥載體 。 科學家感興趣的是如何實現可編程物體的尺度達到人體大小 ， 在這一方面 ， 4D打印無疑大派用場 。 同3D打印一樣 ， 4D打印也是通過逐層下料來構建物體 。 區別是 ， 通過4D打印 ， 可以制造出能在一定條件下改變外形或性質的物體 。
如何使用4D打印來建造不需要傳統機器人結構（馬達、電線和電子設備〕的機器 。 在美國麻省理工學院里 ， 研究人員展示了大量成果 ， 其中就包括一種利用特殊聚合物制成的蛇形物 ， 能在注水后折疊出字母“MI”（麻省理工學院的英文縮寫）的形狀 ， 這種聚合體還能自動從“MIT”自動變成“SAL”（自動組裝實驗室的英文縮寫）的形狀；還有一種平面結構 ， 可以自行折疊成八面體；以及一種平圓盤 ， 在接觸水時會變成彎曲的折疊結構 。 而美國弗吉尼亞理工大學的威廉姆研究小組又向前邁進一步 ， 他們將4D打印同納米材料結合在一起 。 在打印出的物體中嵌入納米材料 ， 就可以制造出能在電磁波（可見光和紫外光）的作用下改變屬性的多功能納米復合材料 。 例如 ， 利用會在不同光照條件下改變顏色的嵌入式納米材料 ， 在這類新材料的基礎上 ， 該研究小組開發出了全新的傳感器 ， 能夠植入醫療設備 ， 用于測量血壓、胰島素水平和其他醫學指標的極限數值 。



美軍很感興趣

3D打印需要建模掃描 ， 但是4D打印更加智能 ， 原材料可以自動成型 ， 這就大大簡化了制造過程 。 美國陸軍和海軍已經開始了相關研究 ， 希望能在戰場或軍艦上使用4D打印技術制造零件 ， 以免除成千上萬個零部件因運輸和儲存帶來的巨大消耗 ， 節約大量的時間、空間和費用 。 可編程物體的優勢還不止這些 ， 想象一下 ， 在潛艇上備一箱智能材料 ， 會有多么方便：如果潛艇的某個零部件損壞了 ， 或者需要某種特殊工具 ， 只需使用相應的智能材料 ， 并對其進行編程 ， 把它們制成所需的零部件或工具就可以了 。 工具用完后 ， 還可以讓它重新分解回智能材料 ， 以備后用 。

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