在2015國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會（CES）上，美國“神經(jīng)系統(tǒng)”設(shè)計工作室推出了一款用4D技術(shù)打印出的運(yùn)動學(xué)連衣裙。這款裙子有 3212 個“零件”，用4709 個“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(xiàn)狀及前景如何？賽迪智庫研究顯示，受當(dāng)前3D打印機(jī)、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(guī)模應(yīng)用的可能。但我國相關(guān)研究機(jī)構(gòu)同樣需要積極布局，并行跟進(jìn)這項有著廣闊應(yīng)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，受外力刺激后會自動“變形”成沙發(fā)；地下管道可以隨著外部環(huán)境變化而擴(kuò)大或縮小，以調(diào)整容量和流量，甚至還能在受損時自行維修或在報廢時分解……這些似乎只有在動畫片中才能見到的魔幻情景，借助4D打印技術(shù)將變?yōu)楝F(xiàn)實。
2013年年初，美國麻省理工學(xué)院自組裝實驗室主任斯凱拉?蒂比茨公開展示了4D 打印的技術(shù)成果——將一根看似普通的材料部件（線條）放入水中，隨著時間的變化，線條在沒有任何外接設(shè)備參與的情況下，經(jīng)過一系列的盤曲折疊，最終形成了一個正四面體。
蒂比茨解釋說，他是通過在材料部件中嵌入預(yù)設(shè)編碼程序，使之按照預(yù)先設(shè)定的結(jié)構(gòu)和外觀模式自行組裝完成。
專家表示，與傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)相比，4D打印技術(shù)在其基礎(chǔ)上引入了第四維，即指產(chǎn)品被制造后仍能在特定時間改變形狀和功能，實現(xiàn)自我組建，從而使產(chǎn)品具有“自組織”功能和動態(tài)演變能力。具體來說，4D 打印是在3D打印過程中采用“自我變形”材料，在計算機(jī)輔助設(shè)計的導(dǎo)引下，經(jīng)過層層堆積生成零部件的加工工藝，被打印物體可以隨著時間的推移而在形態(tài)上發(fā)生變化。
事實上，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間元素，從而由過去的三維立體打印擴(kuò)展為四維打印。
在對4D打印技術(shù)持樂觀態(tài)度的人士看來，這項技術(shù)將是一項“左右世界未來制造業(yè)發(fā)展”的革命性技術(shù)突破，有可能徹底顛覆傳統(tǒng)的制造業(yè)；而保守者則認(rèn)為，4D打印還只停留在概念領(lǐng)域，目前看不出其工業(yè)價值。
應(yīng)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(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)生革命性影響。”“神經(jīng)系統(tǒng)”設(shè)計工作室創(chuàng)意主管杰茜卡?羅森克蘭茨說，未來這項技術(shù)將具有廣闊的應(yīng)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的復(fù)合材料，生產(chǎn)根據(jù)環(huán)境動態(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(dāng)遇到不同的可見光，材料的顏色隨之改變，具有顯著的自我感應(yīng)能力。
同時，4D打印技術(shù)還可制造出功能形式多變的模塊組件，通過組合可編程材料，改變產(chǎn)品的形狀和功能。未來，大型建筑物等也可呈現(xiàn)出生命特質(zhì)，人們將能夠以可編程材料為基礎(chǔ)，通過編程使這些材料模塊自動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(shè)施。
業(yè)內(nèi)認(rèn)為，4D打印將引發(fā)未來制造行業(yè)的變革，使數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為真實的產(chǎn)品成為可能。4D打印的制造者們只需下載產(chǎn)品設(shè)計程序， 就可通過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，在真正意義上實現(xiàn)綠色生產(chǎn)，從而開辟制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新途徑，并改變傳統(tǒng)的制造業(yè)模式，
雖然應(yīng)用廣闊，但4D打印存在的風(fēng)險也不容忽視。例如，由于4D打印實物可以自由變化，可變形機(jī)翼可能被黑客攻擊而導(dǎo)致墜機(jī)；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(zhuǎn)化為其他形態(tài)，對知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)提出了新的挑戰(zhàn)，如何確定知識產(chǎn)權(quán)邊界，怎樣追溯動態(tài)產(chǎn)品的風(fēng)險承擔(dān)者等。未來，可能需要更加復(fù)雜的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制。
4D打印產(chǎn)業(yè)化尚需時日
雖然4D打印吸引各方關(guān)注，但業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)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，距離實際應(yīng)用還有一個較長的過程，想要真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化尚需時日。
賽迪智庫裝備工業(yè)研究所所長左世全表示，無論是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(yīng)加快打印材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為3D或者4D打印產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)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(dá)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期，已經(jīng)有能力并行跟進(jìn)這項有著廣闊應(yīng)用前景的技術(shù)。專家建議，我國應(yīng)著眼于未來十年、二十年以至更長時期的制造業(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(chǔ)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，開展材料科學(xué)、生物科學(xué)、工業(yè)設(shè)計、信息編碼等理論和基礎(chǔ)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(jī)構(gòu)合作，實驗性地開展4D 打印的產(chǎn)品應(yīng)用研發(fā)制造。
摘自《中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報》
