超越3D，4D列印來了

製圖：蘇延強

一個普通的背包，可在海水中變成救生艇、在野外露營時變成帳篷；一根普通的排水管道，可根據水流量膨脹或收縮、在破裂時自我修復；一個普通的沙發，可隨著就坐客人的高矮胖瘦調整形狀……曾經出現在哆啦A夢四維空間袋裏的神奇事物，正隨著4D列印這一技術的出現與發展，一一成為現實。

從“3”到“4”的突破

當前，3D列印風光無限，咋又出了個4D列印？看上去後者就比前者多個“1”，其實是多了時間維度。4D列印是在3D列印的技術基礎上，通過事先設定好形狀記憶纖維的變化，讓産品外形隨著時間而産生改變。這就意味著，4D列印出來的東西，不再只以固定的形態存在，而是可根據前期設定的時間，在溫度、濕度等特定條件下，自動折疊成相應形狀，甚至可製造出傳統生産技術無法製作出的外形。同時，在列印過程中可摒棄複雜的機電設備連接和人類員工參與，大幅降低生産製造成本，縮短産品研製週期。

不論是從未來科技發展趨勢，還是從當前挖掘科技價值的方向來看，4D列印既是一種生産工具的革命，又是一種由生産材料改變而引發未來整個生態結構方式改變的技術，比3D列印更具備前瞻性和顛覆性。

從實驗到應用的跨越

智慧材料的高標準需求、催動材料變形的軟體設計，都是4D列印的發展瓶頸。“敏于觀察，勤於思考，善於綜合，勇於創新”，人類正是靠著這樣一種能力，跨越難關，驅動科技進步。

從2013年美國麻省理工學院開展4D列印實驗開始，很多國家就著手在軍事、醫學、生活等領域探索此類技術應用。2015年初，第一件鏤空4D連衣裙和第一雙4D鞋子問世，一定程度上實現了“量體裁衣”。隨後，4D列印水凝膠材料研發生成，這種水凝膠預計會在未來城市水網改造、醫學器官再造和航天器等方面發揮出重要作用。理論雖已成為實物，但4D列印主要應用場景仍在實驗室裏。

直到2016年，中國首次採用生物可降解材料，成功將4D列印氣管外支架用於嬰兒複雜先天性心臟病合併雙側氣管嚴重狹窄的救治；2017年，美國國家航空航天局製作出用於外太空的先進纖維材料，形成鏈甲般保護航天器的外層材料；去年，香港城市大學的研究團隊成功開發4D列印陶瓷技術。諸如這些，標誌著4D列印逐漸從實驗室成果走向人類的日常生活。

從民用到軍用的追求

4D列印技術運行過程中，只需提前設定好程式模型，準備好列印設備和原材料，就能全程依靠計算機進行操作。這樣，不僅可有效提高生産的精度、準度和效率，也可在最大程度上節約人力成本，能夠在戰場搶修、災難救援或太空環境等惡劣環境中派上大用場。

美陸軍首席指揮官也曾表示，美陸軍一直在追求防護服的雙重需求——既能絕對的保護，又能足夠的輕盈，不給士兵增加負擔或限制動作。利用4D列印這一技術，未來可能開發出輕薄小巧的防彈衣，便於儲存和攜帶，更能提供全面防護。（蔣玥 涂小奎）