4D打印来袭

八由草

如今，3D打印技术已经被大众所熟知，设想一下：把一台3D打印机连接上你的电脑，它就能为你生产任何东西。没有了牙刷，打印一把；需要新衣服，让打印机制造……你只需要告诉电脑所需物品的样式和尺寸，电脑就会指挥打印机为你打印出来。

但如果你只是了解3D打印，那你可就落伍啦！这不，美国的科学家们已经将4D打印从幕后搬到了台前。

4D打印究竟是何方神圣

虽然4D打印只是比3D打印多了一个数字，但实际上却是两个完全不同的概念。与3D打印不同的是，4D打印增加了类似《变形金刚》里“汽车人变形”的能力，就好像是增加了连线和发动机的机器人。

简单来说，3D打印是用相应的材料按照预先设计好的模型完全复制。而4D打印是将想要的形状直接输入材料当中，然后打印出来的物体就会自动变形、组合出现。

这听起来似乎很神奇，其实，4D打印就是使用可编程的智能材料，实现物体的自我组装。4D打印之所以可以实现原材料自动成形，最关键的是使用了记忆材料，这是一种无需打印机就能够让材料自动成形的新材料技术。

当然，4D打印仅有记忆材料是不够的，还需要具备另一个非常关键的因素，那就是能触发自我组装的“催化剂”。根据打印材料的不同，“催化剂”也不尽相同——光、热、声音、震动、气体，甚至是电子……也就是说，在特定环境下，无需人为干预，4D打印物便可按照事先的设计进行自我组装。

材料能“编程”？

4D打印使用的是可编程的智能材料，这种材料到底是什么呢？来看看美国麻省理工学院（英文缩写：MIT）在2014年向公众演示4D打印的原理：研究人员将一段细丝放进一个水槽中，突然，细丝开始扭曲变形，先是一端翘起并且扭动，就像拥有某种机械装置一样；接着，中段也出现弯曲并且拱起。细丝的变化过程一直显示在屏幕上，最后它变化成了3个清晰的字母：MIT。

细丝变化出了什么形状并不重要，重要的是它是如何变的，为什么能够这样做。原来，细丝之所以能变形，源自于材料内部的某种“程序”，是它在控制细丝的变化行为。这样能自动组装成预定的结构和外型的材料，就是4D打印使用的可编程的智能材料。

如今，研究人员正在寻找新的材料，去打印能够做出更复杂变化的物体。他们使用的材料多种多样，例如木材、碳、颜料和金属等。同时，研究人员也极力想要使这些材料获得另外一种优势——减少废弃物。

科学家们认为，既然材料能通过“程序”使它们按某种路径变形，发挥功能。那么，使用同样的方法，也可以让这些材料以某种方式停止工作。如此一来，它们就可以自我还原、自然修复，可以用作新用途。或者即便这些材料没有用了，也可以通过自我降解，进入自然的循环，甚至能还原成最基本的成分，用来构建新的产品。

4D打印闯入军事领域

在4D打印技术首次亮相仅仅半年时间后，美国陆军就宣布要拿出一笔资金用于开发4D打印技术。

如果說3D打印技术方兴未艾，那4D打印则实实在在处于概念阶段。那么，美国军方为什么要迫不及待地投资4D打印这个尚未完全开发的领域呢？

其实原因很简单，想象一下，在混乱的战争中，一件用4D打印技术制成的作战服，它能在不同的环境下变换出不同的迷彩色，甚至还能通过折射光线来让士兵们隐身，如此一来，是不是更能保障士兵们的安全呢？不仅如此，要是有一种能根据环境改变属性的钢材，这样就能大大提高坦克的性能。如此一来，也可以更好地保护士兵们的生命安全。

说不定在不久的将来，人们还有希望利用4D打印技术开发出类似“万能胶囊”的帐篷，平时可以折叠存放，洒点水它自己就会膨胀，变成一顶完整的帐篷。在军旅生活中，方便快捷！

在人体内“大展拳脚”

4D打印技术不仅能在极端条件下发挥作用，而且还能在微小的空间中“大展拳脚”，比如在人体内。

有家生物材料公司参与开发了带有记忆功能的生物心脏支架。要知道，传统的心脏支架一般都是由记忆金属制成的，可惜金属支架无法自动降解，除非人为地将支架取出，否则它将永远留在人体内。不过，要是用4D打印技术研制的心脏支架，它会以极其细微的形态进入人体内，当体内条件合适时，再变形成可以撑开的空心支架。涂抹了药物的支架在预定位置完成扩张和疏通血管的使命后，就会在血液中自动降解。

这也就是4D打印新优势所在。

潜力无限

4D打印技术的理念显然潜力无限，但这绝非仅仅只是因为它在军事和生物医药领域中大显了身手。

虽然真实的4D打印技术不会像《变形金刚》里的“汽车人变形”那样，“嘭”的一下就变出一个庞然大物来，但或许在未来，4D打印会变得更加智能和人性化：人们的服装不仅时尚，而且能自动根据气温变化调整保暖性和透气性；人们脚下的道路会自动吸收雨水；房屋的外墙能随着四季改变特性；在太空和深海，探测器能自动打印出新的科研设备；而家用智能打印机几乎已走进每家每户，将普通人天马行空的想象“打印”出来，进入现实……