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二、4D打印的主要問(wèn)題

 根據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀，總體分析看，4D打印迄今所取得的成果都比較初級(jí)，還存在很多問(wèn)題需要解決，特別是在以下四個(gè)方面。

 首先，4D打印缺少合適的可編程或智能復(fù)合材料。現(xiàn)在4D打印采用的材料還比較“生硬”，種類也太少，難以將設(shè)計(jì)、尤其是復(fù)雜一些的設(shè)計(jì)預(yù)先編程到打印過(guò)程中，因而最終折疊或扭曲成的物體形狀和功能都比較簡(jiǎn)單，基本是字母型物體或是簡(jiǎn)單幾何造型的物體，而且物體成形花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，機(jī)械強(qiáng)度不夠，難以具備實(shí)用的一些功能。況且，4D打印的環(huán)境或刺激物（催化劑或能量）類型有限，材料大都只能在水和溫度的激勵(lì)下，由一種形狀變成另一種形狀，激勵(lì)類型不能滿足實(shí)際應(yīng)用需要。

 其次，4D打印編程設(shè)計(jì)難以適應(yīng)復(fù)雜的物體制造。目前的4D打印，其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的大都是在結(jié)構(gòu)上不連貫的條狀物體，或者在結(jié)構(gòu)上看似分離的片狀物體，這樣的物體通過(guò)被水刺激后，依靠那些間斷處的折疊或扭曲，完成從一維到二維或者從兩維到三維的自我組裝。而且，編程設(shè)計(jì)主要是對(duì)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的物體，只能讓物體完成一次自我制造，基本不能在設(shè)計(jì)時(shí)一次嵌入幾種造型，難以實(shí)現(xiàn)讓物體由一種形狀到另一種形狀后，還能在需要時(shí)再變到第三種形狀。

 第三，4D打印的物體其形狀不能實(shí)現(xiàn)可逆的變化。目前的4D打印制作出的物體，基本是先從打印最初比較簡(jiǎn)單的造型，在外界激勵(lì)下變?yōu)閺?fù)雜的造型，如線狀或片狀（平面狀）造型變到某些幾何造型，而不能使物體再在外界激勵(lì)下變回到打印最初的形狀（如線狀或片狀），這就限制了4D 打印在特定情況的應(yīng)用，比如在運(yùn)輸、保管等場(chǎng)合，有時(shí)還需要讓打印物體回到激勵(lì)前的那種簡(jiǎn)單形狀。

 最后，4D打印缺少專用的、實(shí)用的打印機(jī)，特別是商用化的打印機(jī)。這幾年，由于4D打印在初創(chuàng)時(shí)代，4D打印物體過(guò)程中使用的基本是3D打印機(jī)，這不能較好地體現(xiàn)出4D打印的理念，滿足4D打印自我制造的需要，而且打印機(jī)在規(guī)模、精度、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求也都不

夠，難以在較為大型的制造業(yè)和工程上推廣應(yīng)用，比如在汽車、飛機(jī)、艦船制造等領(lǐng)域以及建筑、偽裝防護(hù)工程等方面，4D打印尚難完成相關(guān)零件或部件的制作。

三、4D 打印的未來(lái)發(fā)展

 4D打印誕生至今，不過(guò)短短的三年光景，其研究和發(fā)展只能說(shuō)是剛剛開(kāi)始，應(yīng)用也尚處于起步階段，在前進(jìn)的道路上還需要克服很多障礙。不過(guò)，由于它將對(duì)傳統(tǒng)物體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造帶來(lái)非常深遠(yuǎn)的影響，所以未來(lái)應(yīng)該進(jìn)行大力研究和開(kāi)發(fā)，尤其是在以下這幾個(gè)方面。

 一是打印材料，要開(kāi)發(fā)適合4D 打印的新型材料特別是智能復(fù)合材料。比如，具有傳感、反饋、信息識(shí)別與積累等特性，具備自我診斷、自我修復(fù)和超強(qiáng)適應(yīng)能力，并能進(jìn)行判斷和適當(dāng)處理的功能材料；能感受聲、光、熱、力等外部刺激并產(chǎn)生快速響應(yīng)（甚至是對(duì)時(shí)間響應(yīng)）的智能材料；具有形狀記憶效應(yīng)，能自如地伸縮變形的記憶復(fù)合材料；可在電場(chǎng)作用下發(fā)生形變，且隨之輸出電壓和電流信號(hào)，具有良好驅(qū)動(dòng)性能和傳感性能的電活性聚合物材料；能感應(yīng)壓力或結(jié)構(gòu)變化，判斷并進(jìn)行錯(cuò)誤校正以達(dá)到自我修復(fù)作用的自愈合或柔性復(fù)合材料。

 二是設(shè)計(jì)軟件，要為4D打印研發(fā)具有良好適應(yīng)性的計(jì)算機(jī)編程設(shè)計(jì)軟件。比如，適應(yīng)物體復(fù)雜造型設(shè)計(jì)或復(fù)雜功能要求的軟件；能更好地

將材料變形等要素，按照物體形狀和用途等要求內(nèi)置到材料中，并嵌入邏輯功能的軟件；可用于設(shè)計(jì)物體多尺度、多元素、動(dòng)態(tài)化需要的軟件；能對(duì)材料三維像素進(jìn)行編程并與其通信的軟件；能響應(yīng)物體處于不同狀態(tài)或環(huán)境的軟件；能按照物體的造型要求，對(duì)不同材料進(jìn)行排列和組合的軟件；能將多種設(shè)計(jì)內(nèi)置到材料，并實(shí)現(xiàn)物體多次自我制造或物體的可逆變形（變回最初形狀）的軟件。

 三是打印機(jī)，制造專為4D 打印所用的打印機(jī)。比如，能更好“領(lǐng)會(huì)”和實(shí)現(xiàn)4D打印意圖，更好適應(yīng)打印環(huán)境和要求的打印機(jī)；靈活性、可靠性、精確性都很高，操控方便的打印機(jī)；具備一定規(guī)模，能滿足大型制造的商業(yè)型打印機(jī)；能深入到納米尺度，為醫(yī)學(xué)等特殊行業(yè)所用的打印機(jī)。