在2015國際消費類(lèi)電子產(chǎn)品展覽會(huì )（CES）上，美國“神經(jīng)系統”設計工作室推出了一款用4D技術(shù)打印出的運動(dòng)學(xué)連衣裙。這款裙子有 3212 個(gè)“零件”，用4709 個(gè)“接環(huán)”連接在一起，一經(jīng)推出便引起人們對4D打印技術(shù)的關(guān)注。

    3D打印方興未艾，4D打印作為最新的技術(shù)，發(fā)展現狀及前景如何？賽迪智庫研究顯示，受當前3D打印機、3D打印材料以及技術(shù)成熟程度等因素影響，4D打印目前還停留在研發(fā)和試驗階段，尚不具備大規模應用的可能。但我國相關(guān)研究機構同樣需要積極布局，并行跟進(jìn)這項有著(zhù)廣闊應用前景的技術(shù)。

    4D打印產(chǎn)品驚艷亮相

    真空中放置的平板，受外力刺激后會(huì )自動(dòng)“變形”成沙發(fā)；地下管道可以隨著(zhù)外部環(huán)境變化而擴大或縮小，以調整容量和流量，甚至還能在受損時(shí)自行維修或在報廢時(shí)分解……這些似乎只有在動(dòng)畫(huà)片中才能見(jiàn)到的魔幻情景，借助4D打印技術(shù)將變?yōu)楝F實(shí)。

    2013年年初，美國麻省理工學(xué)院自組裝實(shí)驗室主任斯凱拉?蒂比茨公開(kāi)展示了4D 打印的技術(shù)成果——將一根看似普通的材料部件（線(xiàn)條）放入水中，隨著(zhù)時(shí)間的變化，線(xiàn)條在沒(méi)有任何外接設備參與的情況下，經(jīng)過(guò)一系列的盤(pán)曲折疊，最終形成了一個(gè)正四面體。

    蒂比茨解釋說(shuō)，他是通過(guò)在材料部件中嵌入預設編碼程序，使之按照預先設定的結構和外觀(guān)模式自行組裝完成。

    專(zhuān)家表示，與傳統的3D打印技術(shù)相比，4D打印技術(shù)在其基礎上引入了第四維，即指產(chǎn)品被制造后仍能在特定時(shí)間改變形狀和功能，實(shí)現自我組建，從而使產(chǎn)品具有“自組織”功能和動(dòng)態(tài)演變能力。具體來(lái)說(shuō)，4D 打印是在3D打印過(guò)程中采用“自我變形”材料，在計算機輔助設計的導引下，經(jīng)過(guò)層層堆積生成零部件的加工工藝，被打印物體可以隨著(zhù)時(shí)間的推移而在形態(tài)上發(fā)生變化。

    事實(shí)上，4D打印基本沿襲了3D打印的工藝原理，只是在所采用的打印材料上進(jìn)行了創(chuàng )新，即在3D打印的概念中加入了時(shí)間元素，從而由過(guò)去的三維立體打印擴展為四維打印。

    在對4D打印技術(shù)持樂(lè )觀(guān)態(tài)度的人士看來(lái)，這項技術(shù)將是一項“左右世界未來(lái)制造業(yè)發(fā)展”的革命性技術(shù)突破，有可能徹底顛覆傳統的制造業(yè)；而保守者則認為，4D打印還只停留在概念領(lǐng)域，目前看不出其工業(yè)價(jià)值。

    應用前景廣闊

    “雖然4D打印尚處于試驗階段，但作為一項顛覆性技術(shù)，它將創(chuàng )造出‘可被編程的世界’，將對傳統制造業(yè)產(chǎn)生革命性影響。”“神經(jīng)系統”設計工作室創(chuàng )意主管杰茜卡?羅森克蘭茨說(shuō)，未來(lái)這項技術(shù)將具有廣闊的應用前景。

    賽迪智庫研究顯示，4D打印可以利用可編程材料制造帶有傳感特點(diǎn)的復合材料，生產(chǎn)根據環(huán)境動(dòng)態(tài)演變的產(chǎn)品。例如，把可以改變對電磁波反映特性的納米材料嵌入到打印對象中，當遇到不同的可見(jiàn)光，材料的顏色隨之改變，具有顯著(zhù)的自我感應能力。

    同時(shí)，4D打印技術(shù)還可制造出功能形式多變的模塊組件，通過(guò)組合可編程材料，改變產(chǎn)品的形狀和功能。未來(lái)，大型建筑物等也可呈現出生命特質(zhì)，人們將能夠以可編程材料為基礎，通過(guò)編程使這些材料模塊自動(dòng)堆疊形成各種形狀的建筑物，并具備嵌入式電力裝備、管道等配套設施。

    業(yè)內認為，4D打印將引發(fā)未來(lái)制造行業(yè)的變革，使數字信息轉化為真實(shí)的產(chǎn)品成為可能。4D打印的制造者們只需下載產(chǎn)品設計程序， 就可通過(guò)采集和編程制造出所需產(chǎn)品；4D打印所造成的工業(yè)排放幾乎可以忽略不計，在真正意義上實(shí)現綠色生產(chǎn)，從而開(kāi)辟制造業(yè)可持續發(fā)展的新途徑，并改變傳統的制造業(yè)模式，

    雖然應用廣闊，但4D打印存在的風(fēng)險也不容忽視。例如，由于4D打印實(shí)物可以自由變化，可變形機翼可能被黑客攻擊而導致墜機；4D打印的建筑物可能由于一條錯誤指令而坍塌。再如，由于 4D 打印產(chǎn)品能夠自由轉化為其他形態(tài)，對知識產(chǎn)權保護提出了新的挑戰，如何確定知識產(chǎn)權邊界，怎樣追溯動(dòng)態(tài)產(chǎn)品的風(fēng)險承擔者等。未來(lái)，可能需要更加復雜的知識產(chǎn)權保護機制。

    4D打印產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日

    雖然4D打印吸引各方關(guān)注，但業(yè)內人士普遍認為，受制于4D打印技術(shù)本身以及所用耗材，4D打印即使是在其技術(shù)源頭美國，目前也還處于概念期和試驗階段，距離實(shí)際應用還有一個(gè)較長(cháng)的過(guò)程，想要真正實(shí)現產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日。

    賽迪智庫裝備工業(yè)研究所所長(cháng)左世全表示，無(wú)論是3D打印還是4D打印，采用新型打印材料都是其取得革命性突破的關(guān)鍵。目前，我國在打印材料方面與國際先進(jìn)水平相比差距還很大，應加快打印材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應用，為3D或者4D打印產(chǎn)業(yè)的健康可持續發(fā)展提供支撐條件。

    賽迪智庫研究顯示，盡管4D打印技術(shù)的研究起源于發(fā)達國家，但我國在相關(guān)領(lǐng)域與世界前沿科技的差距目前處于歷史最小時(shí)期，已經(jīng)有能力并行跟進(jìn)這項有著(zhù)廣闊應用前景的技術(shù)。專(zhuān)家建議，我國應著(zhù)眼于未來(lái)十年、二十年以至更長(cháng)時(shí)期的制造業(yè)變革大勢，把4D打印作為國家重大前沿科技進(jìn)行前瞻部署，鼓勵有研究基礎的高校和科研院所積極跟進(jìn)4D打印技術(shù)最新研究進(jìn)展，開(kāi)展材料科學(xué)、生物科學(xué)、工業(yè)設計、信息編碼等理論和基礎研究，做好充分的知識儲備；鼓勵有研發(fā)條件的高新技術(shù)企業(yè)與研究機構合作，實(shí)驗性地開(kāi)展4D 打印的產(chǎn)品應用研發(fā)制造。

    摘自《中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導報》