【科技评论】4D打印：未来的智能材料
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什么是4D打印？
想象一下，未来在某个工厂中，所有产品的零件自己组装，并且产品形状还可以随着时间的推移发生改变。
“4D打印”本质上是在3D的基础上增加了一个额外的维度：时间。人们可以通过软件设定模型和时间，在某种条件刺激下，变形材料会在设定的时间内变形为所需的形状。准确地说4D打印是一种能够自动变形的材料，直接将设计内置到物料当中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。
这种行为可以通过使用多种材料进行打印获得，每种材料都以不同的速度来吸收水分。从而导致不同组件以不同的形式进行扩张和收缩，当然前提要正确校准这些扩张和收缩，以达到预期设定的结构。
众所周知，目前的4D打印机利用热作为外部刺激来改变材料的形状。而未来的4D打印对象可以利用较小的温度变化或者其他刺激来实现材料的变形，如灯光、压力和湿度等。
为什么4D打印让人激动？
其他类似的自组装和改变形状技术都是依赖于电力和机器人来实现，而4D打印可以通过热或水来实现。实际上，4D打印材料不依靠电力来实现程序化组装就意味着相比于其他类似的技术，4D打印技术能适应更多的应用领域。
为什么4D打印不是随处可见？
然而，4D打印想要实现为一项传播广泛的商业化制造技术还是需要克服许多的障碍。
目前，通过弯曲形成一个新结构的过程中产生了应力、降低了材料的机械强度，从而使得材料更容易受到破坏。该材料通过较长的一段时间来对它们所受到的外部刺激做出反应，导致了材料改变形状的过程非常的缓慢。由于转变速率低这个因素的限制，4D打印在某些应用领域的作用将会大打折扣。
同时，当4D打印材料恢复到它们原来的形状时，也是存在着一些问题，因为大多数情况下，材料的变形是永久的和不可逆转的。
未来的4D打印
尽管4D打印领域还处于起初阶段，但是预计未来会在多个领域中被广泛的应用。
围绕着4D打印技术，已有了许多的新概念，它们都将是核心创造力。新的想发还处于发展阶段，它囊括了众多的领域。4D打印可以用于长期受容量固定和维护成本高昂因素困扰的地下管道系统。利用可编程的材料，每条管道都能适应变化的环境，通过扩大或缩小来调整容量和流量。管道甚至还能在受损时自行维修或在报废时分解。在服装领域，它要对环境刺激做出正确反应，并使服装舒适程度达到最大化。4D打印服装技术正在被进一步改进，希望生产出极易伪装的衣服，能快速、准确的融入周围环境中去，这样4D打印技术就能推广到军事方面。美国陆军已批出100万美元给三所大学为4D打印技术在发展自组装武器、工具以及前面提到的变色伪装做进一步的研究。
4D打印在结合各种科学、技术、方法后，相信不久的将来会具有广阔的应用前景。
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