什么是4D打印

所谓的4D打印，准确地说是一种能够自动变形的材料，只需将其放入水中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。4D打印最关键是记忆合金。4D打印由MIT 与Stratasys教育研发部门合作研发的，是一种无需打印机器就能让材料快速成型的革命性新技术。

4D打印的产生

4D打印概念源于美国麻省理工大学在TED2013大会大会上发布4D打印技术。4D打印并不是“第四维度”，按照Skylar TibBIts的概念来解释，就是自我组装，即材料自动变成为预设的模型，通过软件设定模型和时间，变形材料会在指定时间之内变形为所需的形状。

与3D打印需要建模、扫描不同，4D打印更为智能，物料可自行创造，简化了打印过程。

4D打印的原理

4D打印让快速建模有了根本性的转变。与3D打印的预先建模然后使用物料成形并不一样，4D打印直接将设计内置到物料当中，简化了从“设计理念”到“实物”的创物过程。让物体如机器般“自动”创造，不需要连接任何复杂的机电设备。为了充分应用这一新技术，Autodesk公司的研发团队进一步设计了新软件Cyborg，可以用于自我组装和可编程的模拟材料，实现设计的优化和材料的折叠。

传统而言，造物过程一般是，先模拟后制造，或者一边建物一边调整模拟效果。而通过硬件和软件的紧密结合，4D打印颠覆了传统的造物方式。

4D打印的流程

4D打印的流程是这样的：首先对材料进行编程，使其能够对某些刺激做出反应，比如冷、热和湿度，再把这样的材料用3D打印机打印出来。这些物质中的粒子形成纽带，可以，比如说，使材料打印带将材料塑造成某种形状。美国马萨诸塞州技术研究实验室总监Skylar Tibbits表示，4D打印可以生产智能产品，它可以自动适应外部变化，进行自我修复。比如，管道可以设计成能够根据水流量进行膨胀或收缩的，或者在破裂时自我修复。自适应或自修复技术也能在灾难救援或太空环境等恶劣环境中派上用场、

虽然4D打印在实验室中已经取得了成功，Tibbits研发出一种材料，能够自动折叠成箱子。但是，目前还没有人用4D打印创造真实的产品。没有数据能够显示自适应产品真正进入市场还要等待多少年，也不知道它能否取得编程中的表现。如果4D打印能够成功，它将给建筑和制造行业带来革命性的改变，并引发大量失业。

4D打印的应用

D打印“延续了3D打印，并添加了变形维度”。其想法是，当处于不同环境下，比如水中或者极端温度下，3D打印出来的部件的性能可以随之改变。博赫内克表示，防弹衣未来可能会采用4D打印技术。陆军在过去十年中一直在努力满足防护服的双重需求——既有保护作用，又足够的轻盈，不会给士兵增加负担或限制动作。利用4D打印，科学家未来可能开发出轻薄小巧的防弹衣，便于储存和携带，但也可以伸展开并提供全面的防护。

美国麻省科技设计公司“Nervous System”于2015年10月研发出一种利用4D打印技术，制造弹性贴身布料，并打印出了全球第一件“4D裙”。该裙子就解决了不合身的问题，并且会根据穿戴者的体型情况进行自我改变。更神奇的是还可以自动变化造型。而制作该裙子的布料纤维由2279个三角形和3316个连接点相扣而成，三角形与连接点之间的拉力，可随人体形态变化，即使变胖或变瘦，4D裙也不会不合身。

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