增材制造：從3D到4D

供稿|余冬梅，張建斌 / YU Dong-mei, ZHANG Jian-bin

內容導讀

科學家們受到來自植物的形狀變形系統(如含羞草和豬籠草)啟迪，研發出了仿生4D打印技術，利用功能材料的熱敏效應(溫度變化)、化學效應(包括水、pH值等)和光敏效應(沒有溫度變化)，拓展了3D打印在智能紡織品、自動機器人、生物醫學器械、藥物輸送和組織工程領域的應用。文章詳細介紹了4D打印的材質包括金屬、陶瓷、聚合物和復合材料；4D打印產品的應用包括航空航天(太空盔甲)、工業產品(電子設備和減震器)、日常生活(運動服)等。指出4D打印是在3D打印的基礎上催生出的一種革命性的新技術，4D打印不僅僅是比3D多一個維度，更是賦予了產品靈性。4D打印與智能材料的完美融合將會創造出具有自組裝或自變形功能的智能產品。

3D打印歷經數載發展從研發走向應用之際[1-2]，4D打印又成為科技熱點。4D打印是在3D打印的3個維度(長、寬和高)的基礎上增加了第4個維度——時間。4D打印是在3D打印的基礎上催生出的一種革命性的新技術，4D打印不僅僅比3D多一個維度，更是賦予了產品靈性，誠如“欲窮千里目，更上一層樓”。

通常，3D打印技術偏重于打印結構材料[3]，而4D打印技術則可以打印出具有功能性或尺寸形狀等隨外界變化的構件。2013年美國TED(TED代表技術、娛樂和設計)大會上，麻省理工學院(MIT)計算機系科學家兼自組裝實驗室聯合主任斯凱拉·蒂比茨(Skylar Tibbits)提出4D打印的概念，圖1展示了4D打印多材質制成的繩子，適應周圍環境(以水為例)并自組裝成“MIT”字樣結構[4]。……