超越3D，4D打印來了

制圖：蘇延強

一個普通的背包，可在海水中變成救生艇、在野外露營時變成帳篷；一根普通的排水管道，可根據(jù)水流量膨脹或收縮、在破裂時自我修復；一個普通的沙發(fā)，可隨著就坐客人的高矮胖瘦調整形狀……曾經出現(xiàn)在哆啦A夢四維空間袋里的神奇事物，正隨著4D打印這一技術的出現(xiàn)與發(fā)展，一一成為現(xiàn)實。

從“3”到“4”的突破

當前，3D打印風光無限，咋又出了個4D打??？看上去后者就比前者多個“1”，其實是多了時間維度。4D打印是在3D打印的技術基礎上，通過事先設定好形狀記憶纖維的變化，讓產品外形隨著時間而產生改變。這就意味著，4D打印出來的東西，不再只以固定的形態(tài)存在，而是可根據(jù)前期設定的時間，在溫度、濕度等特定條件下，自動折疊成相應形狀，甚至可制造出傳統(tǒng)生產技術無法制作出的外形。同時，在打印過程中可摒棄復雜的機電設備連接和人類員工參與，大幅降低生產制造成本，縮短產品研制周期。

不論是從未來科技發(fā)展趨勢，還是從當前挖掘科技價值的方向來看，4D打印既是一種生產工具的革命，又是一種由生產材料改變而引發(fā)未來整個生態(tài)結構方式改變的技術，比3D打印更具備前瞻性和顛覆性。

從實驗到應用的跨越

智能材料的高標準需求、催動材料變形的軟件設計，都是4D打印的發(fā)展瓶頸。“敏于觀察，勤于思考，善于綜合，勇于創(chuàng)新”，人類正是靠著這樣一種能力，跨越難關，驅動科技進步。

從2013年美國麻省理工學院開展4D打印實驗開始，很多國家就著手在軍事、醫(yī)學、生活等領域探索此類技術應用。2015年初，第一件鏤空4D連衣裙和第一雙4D鞋子問世，一定程度上實現(xiàn)了“量體裁衣”。隨后，4D打印水凝膠材料研發(fā)生成，這種水凝膠預計會在未來城市水網改造、醫(yī)學器官再造和航天器等方面發(fā)揮出重要作用。理論雖已成為實物，但4D打印主要應用場景仍在實驗室里。

直到2016年，中國首次采用生物可降解材料，成功將4D打印氣管外支架用于嬰兒復雜先天性心臟病合并雙側氣管嚴重狹窄的救治；2017年，美國國家航空航天局制作出用于外太空的先進纖維材料，形成鏈甲般保護航天器的外層材料；去年，香港城市大學的研究團隊成功開發(fā)4D打印陶瓷技術。諸如這些，標志著4D打印逐漸從實驗室成果走向人類的日常生活。

從民用到軍用的追求

4D打印技術運行過程中，只需提前設定好程序模型，準備好打印設備和原材料，就能全程依靠計算機進行操作。這樣，不僅可有效提高生產的精度、準度和效率，也可在最大程度上節(jié)約人力成本，能夠在戰(zhàn)場搶修、災難救援或太空環(huán)境等惡劣環(huán)境中派上大用場。

美陸軍首席指揮官也曾表示，美陸軍一直在追求防護服的雙重需求——既能絕對的保護，又能足夠的輕盈，不給士兵增加負擔或限制動作。利用4D打印這一技術，未來可能開發(fā)出輕薄小巧的防彈衣，便于儲存和攜帶，更能提供全面防護。（蔣玥 涂小奎）