你還只知道3D嗎？4D列印都到家門口了！

4D列印發展

辦公室里的那台印表機，是我們最熟悉的2D列印，它只是在平面上進行列印；而3D列印，就是在2D的基礎上，把本來平面的列印變成了立體的、具有空間感的三維列印。4D列印概念源於麻省理工學院自組實驗室的SkylarTibbits，他也是公認4D列印的發明者。4D列印並不是「第四維度」，即並不是像網上所言在3D列印基礎上增加了一個時間維度。按照SkylarTibbits的概念來解釋，4D列印更像是自我組裝，即材料自動變成為預設的模型，通過軟體設定模型和時間，變形材料會在指定時間之內變形為所需的形狀。

再舉簡單一點的例子，當4D列印日趨成熟，組裝傢具再也不用擔心會少零件，因為利用4D列印技術列印出來的椅子最開始可能就是一塊方便運輸的平板，只要給予適當的條件並加以等待，這塊平板就能夠自己變身成我們所習慣的椅子；而利用4D列印技術列印出來的鞋子能夠適應不同的腳型改變大小，而且能夠根據不同的場景改變形狀，比如下雨天自動變成雨鞋等，小學作文里寫的「20年後的世界」指日可待。

4D列印應用

智能材料的3D列印難度高、驅動方式單一，致使4D列印的發展相對緩慢。

2013，SkylarTibbits見到了3D列印巨頭Strasys公司負責人，他們剛剛發明了一種可以在水裡變形的高分子聚合材料。藉助軟體設計，Tibbits將這種可延展的材料和其他一些材料混合，列印出了一根細細的小棍，並拿著同樣的小棒參加了2013年的TED年會，將這根小棍放入熱水中後，小棍按照事先設計好的組裝方案，慢慢扭曲變形成麻省理工學院的縮寫字母「MIT」。這是4D列印第一次在公眾面前展示。

2015年1月，在美國CES消費電子展上，Tibbits利用模型設計軟體設定的時間和組合樣式，讓2279塊3D印表機列印出來的三角模塊，在水中慢慢自合變形成了一件鏤空的連衣裙。此外該裙子就解決了不合身的問題，並且會根據穿戴者的體型情況進行自我改變。此外，其還可以自動變化造型，並隨人體形態而變化，即使變胖或變瘦，4D裙也不會不合身。

此外，澳大利亞伍倫貢大學電子科學ARC實驗中心也是4D技術的重要引領者，他們在不斷的測試中尋找各種刺激下影響的合成物質，目前已經取得許多重大進展，已經應用於醫療、軍事、汽車和機器人製造。

美國軍方也已經投入重金在美國三大高校研製自組裝武器和工具，尤其是材料的4D列印自偽裝技術。並在先進的戰鬥機上運用了4D列印的油路，現在空中客車公司也準備將這種技術引用到民用客機上。

2017年，喬治亞理工學院的團隊發布的演示視頻中展示了一段實時（非加速播放）的形態轉換，在聚合物接觸熱水後迅速改變形狀，整個過程大概只需要5秒鐘的時間即可完成。改變了以往4D列印接受刺激變形耗時長的缺陷。

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而在中國，今年年初，來自哈爾濱工業大學的研究團隊實現了基於形狀記憶聚合物及多功能納米複合材料的4D列印，為4D列印智能化結構的發展提供了新思路。研究團隊設計並研製了一種4D列印「智能」支架，可以通過恆定磁場控制支架的運動，在交變磁場作用下，該支架還呈現出自擴張行為，實現了結構的非接觸控制和智能驅動。該團隊研究的變形刺激介質是紫外線，已正式脫離之前只有水做刺激介質的研究。

2017年2月，鄭州大學第一附屬醫院胸外一科利用國際先進4D列印技術為患者解除了病痛。據悉，這是河南省首次採用4D列印完成氣管外支架懸吊手術，此手術的成功標誌著河南胸外科正式邁入4D列印時代。

在生物界世界裡，這種自我組裝的技術並不罕見，比如蛋白質分子按照基因密碼的預先設定，組合形成各種細胞和組織。而4D列印技術，即是將其從生物界微觀里一步步帶入生活，簡化了從「設計理念」到「實物」的造物過程。

簡而言之，以前的列印技術都是死的，而4D列印確是活的。不用多想，這一技術讓結構「活」了起來，一定會為軍事、航空航天、柔性電子、生物醫藥科學等領域帶來了新的發展機遇。

粉體圈 作者：小黑楊

粉體圈--粉體從業人員的生意和生活圈子

（備註：公司名+加群）

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