俗話說：“你永遠(yuǎn)跟不上科技的腳步。”在我們剛剛開始有點(diǎn)了解3D打印并為之驚嘆的時(shí)候，科學(xué)狂人已經(jīng)開始思考4D打印將如何改變這個(gè)世界。在美國加州長灘市舉辦的TED2013大會(huì)上，來自美國麻省理工學(xué)院的斯凱拉·蒂比茨向我們展示了4D打印技術(shù)的無窮魅力。
所謂4D打印技術(shù)，就是在3D打印的基礎(chǔ)上增加一個(gè)“時(shí)間”的緯度。所有物體都因時(shí)間而存在，物體形狀改變也需要時(shí)間。3D打印是預(yù)先建模再打印出成品，而4D打印的邏輯，是把產(chǎn)品設(shè)計(jì)通過3D打印機(jī)嵌入可以變形的智能材料中，在特定時(shí)間或激活條件下，無需人為干預(yù)，也不用通電，便可按照事先的設(shè)計(jì)進(jìn)行自我組裝。4D打印是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，它的創(chuàng)新在于“變”。
28歲的建筑設(shè)計(jì)師、計(jì)算機(jī)科學(xué)家斯凱拉·蒂比茨是4D打印研究項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，他在麻省理工學(xué)院的自我組裝實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)750升的大魚缸，足以養(yǎng)活一頭鯊魚。他發(fā)明的4D打印機(jī)目前還只能在水里工作。據(jù)蒂比茨介紹，4D打印技術(shù)背后的核心是自我組裝技術(shù)，而這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在納米級(jí)上應(yīng)用多年?！白晕艺郫B的蛋白質(zhì)的確很酷，但如果把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于建造大橋和高樓，那會(huì)是怎樣?”
蒂比茨先是在生物分子學(xué)教授亞瑟·奧爾森的指導(dǎo)下，通過3D打印技術(shù)配合嵌入式磁鐵，設(shè)計(jì)了一組可以自我組裝的零件，只需用力晃動(dòng)燒杯，杯中的零件就像有了意識(shí)一樣，自動(dòng)組裝成一個(gè)脊髓灰質(zhì)炎病毒的3D模型。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了4D打印技術(shù)的可行性，但是搖晃燒杯實(shí)在是太耗費(fèi)體力了。
幾個(gè)月后，蒂比茨見到了世界最大的3D打印機(jī)生產(chǎn)商Stratasys公司的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，他們剛剛發(fā)明了一種可以在水里變形的高分子聚合材料。這種新材料一旦接觸到水，可以延展到自身長度的兩倍。借助設(shè)計(jì)軟件，蒂比茨將可延展和不可延展的兩種材料混合打印到一縷線中，只要將這縷線放入熱水中，用不了多久就可以彎曲變形，構(gòu)成麻省理工學(xué)院的縮寫“MIT”。在第二次實(shí)驗(yàn)中，他又加入了更復(fù)雜的算法和設(shè)計(jì)，使得放入水中的線彎曲成立方體，展現(xiàn)出3D的效果。
對(duì)于蒂比茨來說，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)取得了重大突破。設(shè)想這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到地下排水系統(tǒng)，4D打印機(jī)可以建造出收縮自如的排水管道。當(dāng)颶風(fēng)來臨時(shí)，管道可以變得更大利于排水，當(dāng)洪峰過去后，管道又縮回原來的大小。不僅如此，這些管道還可以根據(jù)需要彎曲、扭動(dòng)、變形，而不用擔(dān)心破裂。在地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，這種管道甚至可以自我組裝和修復(fù)。
蒂比茨同時(shí)也表示，目前4D打印技術(shù)有兩個(gè)瓶頸，一個(gè)是還沒有找到合適的智能材料。所謂智能材料，是一種能感知外部刺激，能夠判斷并進(jìn)行適當(dāng)處理的新型功能材料，具有傳感功能、反饋功能、信息識(shí)別與積累功能、響應(yīng)功能、自我診斷能力、自我修復(fù)能力和超強(qiáng)適應(yīng)能力。目前4D打印技術(shù)使用的材料只能感應(yīng)水的刺激，但希望將來能找到可以感受光、聲、熱甚至?xí)r間的新型智能材料。另一個(gè)瓶頸是打印機(jī)的規(guī)模太小。如果想打印大型工程，必須使用大型材料，要有高精度且可靠性較高的打印機(jī)，但目前來看，這種打印機(jī)的造價(jià)太高。
據(jù)蒂比茨和他的團(tuán)隊(duì)介紹，目前的4D打印機(jī)只能打印條狀物體，實(shí)現(xiàn)一維到二維，一維到三維的變化，今后他們要設(shè)計(jì)打印出片狀物體、然后是立體物體，實(shí)現(xiàn)二維到三維，三維到更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的變化。可以想象，在4D打印的時(shí)代，產(chǎn)品將變得更加智能化和人性化，空間站和衛(wèi)星將能實(shí)現(xiàn)自我組裝和自我修復(fù)，危險(xiǎn)地區(qū)的工程將不再需要人的參與，橋梁、水壩、公路、房屋……一切都將按照設(shè)計(jì)自行建造?！蹲冃谓饎偂防锏膱鼍皩⒉辉僦皇倾y幕上的幻想，可變形的汽車將更加安全、方便、可靠。人們只需坐在電腦旁，根據(jù)自己的想法和需要，設(shè)計(jì)出適合自己的產(chǎn)品，然后輕點(diǎn)一下“打印”便大功告成。
聽起來不可思議。事實(shí)上，3D打印機(jī)從構(gòu)想到廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中只用了20年的時(shí)間。在科技高速發(fā)展的今天，我們完全有理由相信，在不遠(yuǎn)的將來，4D打印成為一種可能。
（轉(zhuǎn)載）
