制圖：蘇延強(qiáng)

一個(gè)普通的背包，可在海水中變成救生艇、在野外露營時(shí)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(shí)自我修復(fù)；一個(gè)普通的沙發(fā)，可隨著就坐客人的高矮胖瘦調(diào)整形狀……曾經(jīng)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(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，一一成為現(xiàn)實(shí)。

從“3”到“4”的突破

當(dāng)前，3D打印風(fēng)光無限，咋又出了個(gè)4D打印？看上去后者就比前者多個(gè)“1”，其實(shí)是多了時(shí)間維度。4D打印是在3D打印的技術(shù)基礎(chǔ)上，通過事先設(shè)定好形狀記憶纖維的變化，讓產(chǎn)品外形隨著時(shí)間而產(chǎn)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(shè)定的時(shí)間，在溫度、濕度等特定條件下，自動(dòng)折疊成相應(yīng)形狀，甚至可制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無法制作出的外形。同時(shí)，在打印過程中可摒棄復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備連接和人類員工參與，大幅降低生產(chǎn)制造成本，縮短產(chǎn)品研制周期。

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

從實(shí)驗(yàn)到應(yīng)用的跨越

智能材料的高標(biāo)準(zhǔn)需求、催動(dòng)材料變形的軟件設(shè)計(jì)，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(guān)，驅(qū)動(dòng)科技進(jìn)步。

從2013年美國麻省理工學(xué)院開展4D打印實(shí)驗(yàn)開始，很多國家就著手在軍事、醫(yī)學(xué)、生活等領(lǐng)域探索此類技術(shù)應(yīng)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(shí)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(yù)計(jì)會(huì)在未來城市水網(wǎng)改造、醫(yī)學(xué)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(shí)物，但4D打印主要應(yīng)用場景仍在實(shí)驗(yàn)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(fù)雜先天性心臟病合并雙側(cè)氣管嚴(yán)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(jìn)纖維材料，形成鏈甲般保護(hù)航天器的外層材料；去年，香港城市大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)4D打印陶瓷技術(shù)。諸如這些，標(biāo)志著4D打印逐漸從實(shí)驗(yàn)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(shù)運(yùn)行過程中，只需提前設(shè)定好程序模型，準(zhǔn)備好打印設(shè)備和原材料，就能全程依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作。這樣，不僅可有效提高生產(chǎn)的精度、準(zhǔn)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(zāi)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(hù)服的雙重需求——既能絕對(duì)的保護(hù)，又能足夠的輕盈，不給士兵增加負(fù)擔(dān)或限制動(dòng)作。利用4D打印這一技術(shù)，未來可能開發(fā)出輕薄小巧的防彈衣，便于儲(chǔ)存和攜帶，更能提供全面防護(hù)。（蔣玥 涂小奎）