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3D打印還沒用上，4D打印就要來了

目前通俗的理解4D打印就是在3D打印的基礎上增加了時間元素，也稱為時間維度T。4D打印技術的首次提出是在洛杉磯舉行的《科技、娛樂、設計（TED）》大會上由麻省理工學院自我組裝實驗室的科學家斯凱拉•蒂比茨通過一組產品的自我變形、組裝演示，讓4D打印技術正式走入我們的視野，並借此對這一新技術建立了認知。

在傳統的維度概念中我們很難認知與理解4D的概念，從1D、2D到3D都是基於物理空間的維度層面所發生，也是我們感官視覺能夠直觀理解的層面（圖：1D到4D）。而4D的到來似乎超越了我們目前所建立基於三維空間維度的認知，而其新增加的維度是一個我們一直看不到也摸不著，但又是時刻陪伴著我們人生的時間。這個新增加的維度時間可以說是一個非常抽象，但又客觀真實存在的，正是基於這種真實卻又抽象的概念就形成了目前對於4D打印的一種相對比較直觀的表述，即4D打印，打印時間。

                                            1D到4D

這並非停留在未來學中的虛幻概念，而是麻省理工所研究的一項新技術，並且在TED大會上真實展示出來的一項技術。在整個展示過程中，一根4D打印的複合材料在水中完成了自動變形、組裝。根據會上介紹（圖：蒂比茨介紹4D打印），打印這根複合材料的打印機並非新的神奇技術，而是借助於當前的3D打印機“打印”，但所使用的原材料可謂神奇，為一根塑料和一層能夠吸水的“智能”材料組成。蒂比茨稱：“打印過程並不是新鮮的東西，但關鍵是打印出來後發生的變化。”而這也正是4D打印技術的關鍵所在。

蒂比茨介紹4D打印

年僅28歲的建築設計師、計算機科學家斯凱拉•蒂比茨是4D打印研究項目的負責人。他所發明的4D打印目前還只能在水里工作，也就是說其觸發介質目前還只認知水。據蒂比茨介紹，4D打印技術背後的核心是自我組裝、自我變形技術，而這項技術已經在納米級上應用多年。比如，自我折疊的蛋白質（註：蛋白質可憑借相互作用在細胞環境（特定的酸堿度、溫度等）下自己組裝自己，這種自我組裝的過程被稱為蛋白質折疊。蛋白質折疊問題被列為“21世紀的生物物理學”的重要課題，它是分子生物學中心法則尚未解決的一個重大生物學問題。）目前就獲得了比較廣泛的應用（圖：自我折疊蛋白質），如果將這一技術進一步延伸，應用於建造大橋、高樓、生物器官、生活用品中，那將會帶來超過我們認知的顛覆。而基於這一技術的延伸就意味著4D打印技術進入生活應用層面並非遙不可及，而是觸手可及，將以很快的速度來到我們身邊。

自我折疊蛋白質

從嚴格意義上來說，提出4D技術概念是來源於生物學。蒂比茨所演示的4D打印技術在研究過程中，先是在生物分子學教授亞瑟•奧爾森的指導下，通過3D打印技術配合嵌入式磁鐵，設計了一組可以自我組裝的零件，只需用力晃動燒杯，杯中的零件就像有了意識一樣，自動組裝成一個脊髓灰質炎病毒的3D模型，這個實驗就是4D打印技術的最初原型，也正由此證明了4D打印技術的可行性。

之後蒂比茨就開始了4D打印技術的商業應用探索，並拜訪了目前世界最大的3D打印機生產商Stratasys公司的項目負責人，在交流過程中得知Stratasys公司最新在打印材料領域的研究獲得了新的突破，該公司剛剛發明了一種可以在水中變形的高分子聚合材料。這種新材料的獨特之處在於一旦接觸到水，就可以自動延展到自身長度的兩倍。

正是基於這一新材料的技術，幫助了蒂比茨快速的研發出了4D打印這一新技術。借助於設計軟件與3D打印機，蒂比茨將可延展和不可延展的兩種材料混合打印到一根圓形體中，之後將這跟圓形棒放入水中，此時材料就發生了神奇的變化，自我彎曲、變形，似乎具有自我思考能力一般的組裝出了麻省理工學院的縮寫“MIT”（圖：4D打印MIT）。

                                               4D打印MIT

在此基礎上，蒂比茨進行了更為複雜的二次實驗，這次他又加入了更複雜的算法和設計。如果說第一次探索試驗是在平面階段的話，那麽這次的探索則是在三維空間層面，也就是物體在三維空間層面的自我組裝、變形（圖：MIT的4D打印技術）。而這一次也同樣是將所要自我變形的設計打印到一根圓形體中，而後將其放入水中，借助於水為觸發介質實現自我組裝、變形成為立方體。

MIT的4D打印技術

對於蒂比茨來說，這項實驗顯然取得了重大成功與突破，而這也正標誌著4D打印技術的到來，將從實驗室走出，並走向大眾生活中。由4D打印技術所帶來的改變將更為深刻、徹底，比如目前困擾於各大城市的地下排水系統，如果將4D打印應用到管道的打印中，由4D打印技術建造出收縮自如的排水管道。當臺風來臨時，或者大暴雨來臨時，城市的排水管道將會根據排水量的增大自動變得更大，從而促進排水，而當水流量過去之後，管道又自動縮回為原來的大小（圖：可自變形的管道）。

                                              可自變形的管道

這些管道還可以根據地下的空間情況進行彎曲、扭動以及特定位置的變形，我們不必擔心其在地下破裂，也不必為洪峰來臨的泄洪能力而困擾，它會自動根據水流量的大小而變形。不僅如此，在地質災害頻發的地區，這種管道甚至可以自我組裝和修複。這種“神奇”的技術正是4D打印，它正在以超越我們認知的能力與速度闖入了這個世界，而伴隨著它的到來將改變整個商業生態。

版權聲明：本文作者陳根（微信：陳述根本），文中所述為作者獨立觀點，不代表i黑馬立場。