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 3D打印也稱為增材/積材制造，它先利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，構(gòu)建出零部件或物體的數(shù)字模型文件，然后讓計(jì)算機(jī)按該文件控制打印機(jī)，將可粘合的粉末狀材料以“逐點(diǎn)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(duì)于傳統(tǒng)的鑄造、切削等減材制造方式，3D打印具有節(jié)省材料、加工簡(jiǎn)單、工時(shí)量少以及有利于復(fù)雜產(chǎn)品的制作和個(gè)性化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，伴隨數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展和新材料的不斷涌現(xiàn)，3D打印基本能實(shí)現(xiàn)在比較短的時(shí)間內(nèi)，讓人們輕松地完成越來越多物體的制作——包括任意復(fù)雜形狀的3D物體，所以在工業(yè)、建筑、醫(yī)療、航天、軍事甚至服裝、藝術(shù)、食品等領(lǐng)域的應(yīng)用風(fēng)生水起，被譽(yù)為“推動(dòng)社會(huì)變革的最具潛力的技術(shù)之一。

 就在3D打印的發(fā)展和應(yīng)用方興未艾、蒸蒸日上之時(shí)，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(xué)步之路。人們按照在信息時(shí)代，很多技術(shù)的提出、發(fā)展和實(shí)現(xiàn)的過程，禁不住樂觀地預(yù)測(cè)，或許用不了多久，在3D打印和材料等相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步成熟和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，4D打印也會(huì)像3D打印一樣，不但在工業(yè)、建筑、航天、醫(yī)療、服裝等領(lǐng)域，而且在國(guó)防軍事領(lǐng)域

也有著廣泛的應(yīng)用前景。

一、4D打印讓打印物體實(shí)現(xiàn)自我制造

 3D打印相對(duì)于傳統(tǒng)的制造方式，雖然能打?。ㄖ圃欤┏鋈我鈴?fù)雜形狀的三維物體，還有很多獨(dú)門絕技，但打印出的物體結(jié)構(gòu)、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(shí)間動(dòng)起來，無法進(jìn)行自我組裝或制造。

 4D打印是指以“可編程物質(zhì)”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(shí)間，在預(yù)定的（水、氣、風(fēng)、煙霧或真空等）

環(huán)境中或者在特定的（聲音、氣味、汗液、顏色、加熱、加壓、振動(dòng)、通電或光照等）激勵(lì)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(tài)、結(jié)構(gòu)、密度、顏色、亮度、彈性、硬度、導(dǎo)電性、光學(xué)特性或電磁特性等。其中，“可編程物質(zhì)”主要是指能以編程方式變換物理屬性的智能復(fù)合材料，如在電場(chǎng)激勵(lì)下尺寸或形狀都可發(fā)生變化的柔性復(fù)合材料，具有形狀記憶效應(yīng)的記憶復(fù)合材料，浸水發(fā)生形變的親水性復(fù)合材料等；而4D比3D多了一個(gè)時(shí)間維度，打印出來的物體其形狀、尺寸或功能等可以隨時(shí)間自我調(diào)整或變化。

 顯而易見，4D打印本質(zhì)上就是利用智能復(fù)合材料所進(jìn)行的3D 打印——先用3D打印機(jī)打印出由智能復(fù)合材料構(gòu)成的簡(jiǎn)單形狀的物體，之后在外界激勵(lì)下該物體將按預(yù)先設(shè)定的路徑完成形態(tài)的改變。所以相對(duì)于3D打印，4D打印從理論上看不但能打印出任意復(fù)雜形狀的三維物體，打印出的物體還會(huì)隨著時(shí)間的推移，自我進(jìn)行大小調(diào)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(shè)計(jì)好的，是可預(yù)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(shí)間動(dòng)起來，實(shí)現(xiàn)自我組裝或制造。

 比如，2013年2月美國(guó)麻省理工學(xué)院展示的一根4D打印細(xì)繩，當(dāng)被放到水中時(shí)，它就慢慢“蘇醒”過來了，并自動(dòng)扭曲為英文組合“MIT”的形狀。這不是麻省理工學(xué)院的英文縮寫嗎？它是怎么動(dòng)起來并變成了這么個(gè)形狀的呢？原來，秘密在于這條細(xì)繩是由兩種材料打

印而成。第一種是遇水發(fā)生膨脹或彎曲的親水性智能材料，它作為細(xì)繩的芯材，沾水時(shí)能產(chǎn)生張力或扭曲力；而第二種是硬質(zhì)的有機(jī)材料，它作為細(xì)繩的表材，包裹住芯材后能形成阻止扭曲或變形發(fā)生的阻力——表材越厚的部位阻力越大。打印時(shí)，只要按所需的形狀為這兩種材料“編程”出打印順序，并沿細(xì)繩的不同部位對(duì)表材“編程”出不同的打印厚度，就能使打印出的細(xì)繩在浸水后，通過親水性材料帶動(dòng)硬質(zhì)材料，讓細(xì)繩的不同部位因表材厚度不同而產(chǎn)生不同的變形，最終以特定的角度彎曲成預(yù)先設(shè)計(jì)的形狀——“MIT”字樣。在2014年11月的另一次演示中，麻省理工學(xué)院還用4D打印制造出的一塊平板，它在接觸水后變?yōu)榱艘粋€(gè)大象型玩偶，基本上也是與細(xì)繩的4D打印原理及其變形的過程相似。

未完待續(xù)；