3D打印也稱為增材/積材制造，它先利用計算機輔助設計軟件，構建出零部件或物體的數字模型文件，然后讓計算機按該文件控制打印機，將可粘合的粉末狀材料以“逐點累積成面，逐面累積成體”的方式打印出零部件或物體。這就如同蓋房子一樣，只要按圖紙“自下而上、一層一層”地碼磚，就能“堆積”出物體。相對于傳統的鑄造、切削等減材制造方式，3D打印具有節省材料、加工簡單、工時量少以及有利于復雜產品的制作和個性化產品的設計等諸多優點。目前，伴隨數字技術的飛速發展和新材料的不斷涌現，3D打印基本能實現在比較短的時間內，讓人們輕松地完成越來越多物體的制作——包括任意復雜形狀的3D物體，所以在工業、建筑、醫療、航天、軍事甚至服裝、藝術、食品等領域的應用風生水起，被譽為“推動社會變革的最具潛力的技術之一。
就在3D打印的發展和應用方興未艾、蒸蒸日上之時，4D打印這種能讓打印出的物體，變形為我們所需要的另一種物體的造物方式，也開
始邁上了蹣跚學步之路。人們按照在信息時代，很多技術的提出、發展和實現的過程，禁不住樂觀地預測，或許用不了多久，在3D打印和材料等相關技術進一步成熟和應用的基礎上，4D打印也會像3D打印一樣，不但在工業、建筑、航天、醫療、服裝等領域，而且在國防軍事領域
也有著廣泛的應用前景。
一、4D打印讓打印物體實現自我制造
3D打印相對于傳統的制造方式，雖然能打印（制造）出任意復雜形狀的三維物體，還有很多獨門絕技，但打印出的物體結構、形狀、體積、顏色、性能和用途等仍然是一成不變的。因此，3D打印的物體是靜止的，它沒有“智慧”，不能隨時間動起來，無法進行自我組裝或制造。
4D打印是指以“可編程物質”為打印材料，用3D打印的方式打印出三維物體。該物體能隨時間，在預定的（水、氣、風、煙霧或真空等）
環境中或者在特定的（聲音、氣味、汗液、顏色、加熱、加壓、振動、通電或光照等）激勵或刺激下，自我變換物體的物理屬性或功能，包括它的尺寸、形態、結構、密度、顏色、亮度、彈性、硬度、導電性、光學特性或電磁特性等。其中，“可編程物質”主要是指能以編程方式變換物理屬性的智能復合材料，如在電場激勵下尺寸或形狀都可發生變化的柔性復合材料，具有形狀記憶效應的記憶復合材料，浸水發生形變的親水性復合材料等；而4D比3D多了一個時間維度，打印出來的物體其形狀、尺寸或功能等可以隨時間自我調整或變化。
顯而易見，4D打印本質上就是利用智能復合材料所進行的3D 打印——先用3D打印機打印出由智能復合材料構成的簡單形狀的物體，之后在外界激勵下該物體將按預先設定的路徑完成形態的改變。所以相對于3D打印，4D打印從理論上看不但能打印出任意復雜形狀的三維物體，打印出的物體還會隨著時間的推移，自我進行大小調整或形狀、功能的變化，而且這種變化是事先在材料中用編程方式設計好的，是可預見和可控制的。因此，4D打印的物體不再是靜止的，它“就像被植入了智慧”是“活”的，能在一定條件下隨時間動起來，實現自我組裝或制造。
比如，2013年2月美國麻省理工學院展示的一根4D打印細繩，當被放到水中時，它就慢慢“蘇醒”過來了，并自動扭曲為英文組合“MIT”的形狀。這不是麻省理工學院的英文縮寫嗎？它是怎么動起來并變成了這么個形狀的呢？原來，秘密在于這條細繩是由兩種材料打
印而成。第一種是遇水發生膨脹或彎曲的親水性智能材料，它作為細繩的芯材，沾水時能產生張力或扭曲力；而第二種是硬質的有機材料，它作為細繩的表材，包裹住芯材后能形成阻止扭曲或變形發生的阻力——表材越厚的部位阻力越大。打印時，只要按所需的形狀為這兩種材料“編程”出打印順序，并沿細繩的不同部位對表材“編程”出不同的打印厚度，就能使打印出的細繩在浸水后，通過親水性材料帶動硬質材料，讓細繩的不同部位因表材厚度不同而產生不同的變形，最終以特定的角度彎曲成預先設計的形狀——“MIT”字樣。在2014年11月的另一次演示中，麻省理工學院還用4D打印制造出的一塊平板，它在接觸水后變為了一個大象型玩偶，基本上也是與細繩的4D打印原理及其變形的過程相似。
未完待續；
上一篇 : 3D打印技術在農機制造中的發展前景
下一篇 : 4D打印及其軍事應用前景（二）
Copyright 2012-2016 PRINDREAM 印夢智能科技 版權所有 滬ICP備12006683號-6
