《新科学人》：4D打印加热速成，自动成型

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以往遥不可及的4D打印往往需要在实验室才能做到，但现在只要通过加热就有办法在几分钟内完成。

据《新科学人》19日报道，一种新的4D打印技术，可以在几分钟内创建复杂的结构，可用于制造温度激活型心脏支架、药物胶囊和扁平包装家具。

4D打印创造三维物体，随着热、水分或光的作用而改变其形状。它能根据环境形成独特的结构，当然这并非是一个不费吹风之力的过程。最常用的4D打印材料是形状记忆聚合物，全部工序通常需要至少五个步骤。水凝胶使用起来比较简单，但是过于柔软，不能形成坚硬的结构。

新加坡科技设计大学的研究人员已经开发出一种方法，用商业3D打印机和热源就能快速打印4D物体。他们借此技术创造出各种物品，如精致的花朵可以合上花瓣，扁平的的星状物变成为穹顶状，格子可以收缩和伸长。

平面结构的3D打印条，经过加热可以形成优美的曲线。这个过程可在不到一分钟内完成，由刚性形状记忆聚合物层与橡胶弹性体配对，是具有弹性的聚合物。

当加热到45摄氏度时，形状记忆聚合物成分开始松弛，继而弹性体发生弯曲。随着条状物冷却，形状记忆聚合物再次变硬，形成全新的、弯曲的形状。

澳大利亚伍伦贡大学的杰夫•斯平克斯（Geoff Spinks）表示，这种技术有一个限制，即打印物体在加热后形状结构就不能再变化。他说：“这无法应用到需要形状可逆的机器人和假肢的人工肌肉。” 

该方法可用于制造不需要改变形状的复杂结构。例如，放置在血管内的紧凑型心脏支架可以根据体温在动脉中打开。通过微调温度转变点，当体温升高时，专门设计的药物胶囊可以弯曲和破裂。扁平盒型组件家具可以在加热后进行组装。

此外，该技术使用极其简单。斯平克斯表示，“没有新的化学物品、材料或设备的参与，任何人可立即开始使用。”

3D打印功能材料专家、哈佛大学生物启发工程教授詹尼弗•刘易斯称，“4D打印不是构建静态的材料或简单地改变形状，我们提议开发适应性仿生材料，基于外部刺激重新调整其形状、性能或功能上的需求。通过整合我们的能力，打印精确的、三维的、分层次结构的材料，对外部刺激型响应组件进行合成，并预测系统的短期行为，我们期望构建4D打印新领域的基础。”

据解释型新闻网(The Conversation)报道，麻省理工学院研究人员称，增材制造，即3D打印，至今已有30余年。目前，家用3D打印机的价格已经跌破1000美元。你可以打印玩具、家用电器和工具等几乎任何东西。

其实，4D打印技术更多样、更灵活、更实用，可以随时间的变化，以预先编程的方式对外界刺激发生反应而改变结构。4D打印应用更广泛，通过环境的变化来优化其形态和功能：如家用电器和产品，可以适应热量或水分，改善舒适性或添加功能；儿童用品，如衣服或鞋类，可对湿度或温度作出反应。

这是对能够自我改造的材料的概念的最好证明，用一个简单的生产过程和工具套件就可定制和分析。这种变形可以反复应用和逆转，但材料会发生退化，所以我们需要提高其耐久性。

美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室的研究人员认为，形状可变、可折叠的材料适合作为航天器和宇航员服的屏蔽隔热层。这是时尚与4D技术融合碰撞的结果：一种金属织物，看起来非常像中世纪的锁子甲, 可以帮助太空探索。

“我们称它为‘4D打印’，因为这些材料的几何形状和功能是可变的。”NASA的系统工程师劳尔•卡西利亚斯(Raul Polit-Casillas)称，“如果二十世纪的制造业是由大规模生产驱动的，那么这就具有大规模生产的功能。”

4D打印技术使得组件能够自我修复，这是一个非常吸引人的想法。虽然它可能会迫使数百万人失业，但同时也会创造诸多就业机会，这也许就是科技进步的代价和魅力。

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