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請(qǐng)想像一下，從宜家買回一把椅子的家具板材，將其放在房間里它們會(huì)自動(dòng)組裝；一種汽車涂料可以改變自身的結(jié)構(gòu)，適應(yīng)潮濕的環(huán)境或撒過鹽的道路，以便更好地保護(hù)汽車免受腐蝕；士兵的制服能改變迷彩或更有效地防止與毒氣或彈片的接觸。
有人要問了：有那么神奇嗎，不需要連接任何復(fù)雜的打印機(jī)，就能按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)折疊成相應(yīng)的形狀？而科學(xué)家告訴我們，這就是悄然而至的4D打印技術(shù)。那么，它與3D打印有何不同，又是如何做到神通廣大的呢？
究竟比3D打印“炫”在哪兒
3D打印方興未艾，4D打印已呼之欲出。
今年3月，在洛杉磯舉行的“技術(shù)、娛樂、設(shè)計(jì)”（TED）大會(huì)上，麻省理工學(xué)院的研究人員首次展示了新一代打印技術(shù)——4D打印，頓時(shí)“點(diǎn)亮”了眾人的目光。
談到4D打印過程，建筑師和電腦科學(xué)家斯凱勒·蒂比茨解釋說：“我們提出將4D物體的第四維度定為時(shí)間，也就是說使得3D打印出的物體能夠隨著時(shí)間自動(dòng)變化和調(diào)適。剛性材料形成一個(gè)架構(gòu)，其他層則是彎曲和扭轉(zhuǎn)該架構(gòu)的力量來源。”
3D打印技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。其仍然符合一般傳統(tǒng)意義上的造物過程，先模擬后制造，或者一邊建物一邊調(diào)整模擬效果。而通過硬件和軟件的緊密結(jié)合，4D打印技術(shù)顛覆了這種方式。
從事4D打印技術(shù)研究的工程軟件開發(fā)商歐特克（Autodesk）公司首席研究科學(xué)家卡羅·奧古恩說：“4D打印讓快速建模有了根本性的轉(zhuǎn)變。與3D打印的預(yù)先建模、掃描，然后使用物料成形不同，4D打印直接將設(shè)計(jì)內(nèi)置到物料當(dāng)中，簡化了從設(shè)計(jì)理念到實(shí)物的造物過程。讓物體如機(jī)器般自動(dòng)創(chuàng)造，無需連接任何復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備。”
如此可見，4D打印比3D打印多的一個(gè)“D”表現(xiàn)在時(shí)間緯度上，這種革命性新技術(shù)可以通過軟件設(shè)定模型和時(shí)間，變形材料會(huì)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)快速成型。
可自變形材料是實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵
顯然，4D打印更為智能，物料可自行“創(chuàng)造”，簡化了打印過程，但這對(duì)打印材料提出了更高要求，也是其得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，美國哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院、斯旺森工程學(xué)院大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)的研究人員正在運(yùn)用其在納米和微觀層面操縱材料的專業(yè)知識(shí)，通過3D打印生產(chǎn)可以在宏觀層面隨著時(shí)間推移修改其結(jié)構(gòu)的材料。
該團(tuán)隊(duì)課題組長、斯旺森工程學(xué)院大學(xué)化學(xué)工程教授安娜·C·巴拉茲解釋道：“我們建議根據(jù)外界的刺激，按需求開發(fā)可重新調(diào)整其形狀、性能或功能的自適應(yīng)、仿生復(fù)合材料，而不是構(gòu)建一個(gè)靜態(tài)或簡單地改變其形狀的材料。期望通過整合可打印出精確的、3D立體感及具有分層結(jié)構(gòu)的材料，并且合成刺激響應(yīng)組件及預(yù)測系統(tǒng)時(shí)序行為的能力，建立4D打印新領(lǐng)域的基礎(chǔ)。”
哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院生物啟發(fā)工程的教授詹妮弗·A·劉易斯補(bǔ)充說：“目前的3D打印技術(shù)允許研究人員能夠在納米和微觀層建立復(fù)雜的功能，這種可改變其性能或多次塑造的能力，不只是建立在某個(gè)特定的、一次性使用的范疇內(nèi)。復(fù)合材料可以在不同刺激下被重新配置，顯著延長3D打印的覆蓋范圍。”
伊利諾伊大學(xué)合成材料科學(xué)與工程學(xué)院教授拉爾夫·G·紐素說，由于該研究將在一個(gè)刺激性敏感的水凝膠里使用嵌入式的響應(yīng)填料，為生產(chǎn)下一代智能傳感器、涂料、紡織及結(jié)構(gòu)件開辟了新途徑。這種能力可以創(chuàng)建一種織物，通過改變其顏色響應(yīng)光線；變化透氣性對(duì)溫度作出反應(yīng)，甚至硬化其結(jié)構(gòu)來延展外力，將創(chuàng)建自適應(yīng)的、靈活的、輕盈且堅(jiān)固的響應(yīng)材料變?yōu)榭赡堋Ｕ沁@種復(fù)雜的功能決定了真正4D打印的游戲規(guī)則。