4D印刷技術(shù)：“夢幻”般的4D智慧

當我們所認為的“印刷”的定義被推到極限時，將會有一個由自組裝材料組成的一個新的設(shè)想變形對象——4D印刷。現(xiàn)在，3D印刷的技術(shù)和應(yīng)用已經(jīng)變得眾所周知。不是之前廣泛理解的加法制造：而是使用3D印刷技術(shù)來創(chuàng)建對象，可以自己“組裝”來響應(yīng)特定條件或刺激。

　　技術(shù)布道者稱之為“4D印刷”，因為它增加了時間維度。就是在傳統(tǒng)3D印刷技術(shù)中再加入“時間”變量，不僅包含3D的長、寬和高3個維度，更增加了一個時間維度，使打印出的物體可以隨著時間推移在形態(tài)結(jié)構(gòu)上自我進行智慧調(diào)整，最終自動達到預先設(shè)計要求。想一下，比如，輸水管道可以根據(jù)水流量的大小而自動調(diào)節(jié)管徑，或是運動鞋自己改變形狀來適應(yīng)使用者的各種行為。

　　4D印刷的對象以這種方式完成任務(wù)，那么3D印刷設(shè)備必須根據(jù)指令建立他們的響應(yīng)性材料，“告訴”材料當遇到觸發(fā)條件時要做什么。這可能是水，當材料變濕的時候物體將會展開或盤繞或重新配置。此外，壓力、溫度、光和紫外線輻射等其他刺激都可以成為觸發(fā)條件。

　　4D印刷重在利用計算機軟件，并將相關(guān)設(shè)計思想直接內(nèi)置于材料當中，同時賦予其按需求改變形狀的能力，所產(chǎn)出的物品如同智能機器人一樣，無需外接任何設(shè)備，就能實現(xiàn)“自動適應(yīng)”“自動調(diào)節(jié)”和“自動創(chuàng)造”。自組裝在自然界存在過程如DNA的復制，4D印刷通過局部相互作用組件來構(gòu)造物體，類似于建造的過程。

　　Skylar Tibbits說，4D印刷能夠突破生物學、材料科學、軟件、機器人、制造業(yè)、交通、基礎(chǔ)設(shè)施、建筑、藝術(shù)、和太空探索。他是麻省理工學院的自組裝實驗室主任，最著名4D印刷及其用途的倡導者，他的TED演講是一個對新興技術(shù)很好的介紹和潛在開發(fā)。

　　“新興”意味著市場上無法買到4D印刷產(chǎn)品，其實際應(yīng)用發(fā)展項目正在進行中。澳大利亞新南威爾士州的一所大學的研究人員提出了一個門閥實驗，當門閥檢測遇到熱水時將自動關(guān)閉。此外，4D印刷如何與二維的物質(zhì)相交也是所有人正在猜測的。但是，4D印刷建議者可能想要回想一下，傳統(tǒng)印刷多年來一直生產(chǎn)自組裝產(chǎn)品。在這種情況下，要如何創(chuàng)造出新結(jié)構(gòu)應(yīng)用。

　　目前，3D印刷服務(wù)商Shapeways公司正在進行神經(jīng)系統(tǒng)的技術(shù)合作伙伴項目，4D印刷的另一個重要合作就是3D印刷制造商Stratasys公司和3D軟件開發(fā)商Autodesk公司的Tibbits自組裝實驗室項目。

　　任何新興技術(shù)的吉兆，科學地講，它也許有軍事應(yīng)用的可能性。2013年，哈佛大學、伊利諾斯州大學和匹茲堡大學的研究人員獲得了855000美元的贈款。美國陸軍研究辦公室需要調(diào)查4D印刷如何被用來生產(chǎn)能夠滿足戰(zhàn)場條件的物品，例如：可以改變偽裝模式或抵制彈片和毒氣危害的制服。

　　海德堡4D印刷機

　　Print China 2015上，海德堡Jetmaster 4D印刷機亮相中國。海德堡4D印刷機個頭不大，但卻能夠?qū)崟r將個性化的文字圖案打印到物體表面，展會現(xiàn)場海德堡的工作人員就完成了將觀眾的姓名打印到足球表面。