超越3D，4D打印从民用到军用的追求

  

从“3”到“4”的突破

当前，3D打印风光无限，咋又出了个4D打印？看上去后者就比前者多个“1”，其实是多了时间维度。4D打印是在3D打印的技术基础上，通过事先设定好形状记忆纤维的变化，让产品外形随着时间而产生改变。这就意味着，4D打印出来的东西，不再只以固定的形态存在，而是可根据前期设定的时间，在温度、湿度等特定条件下，自动折叠成相应形状，甚至可制造出传统生产技术无法制作出的外形。同时，在打印过程中可摒弃复杂的机电设备连接和人类员工参与，大幅降低生产制造成本，缩短产品研制周期。

 

 

不论是从未来科技发展趋势，还是从当前挖掘科技价值的方向来看，4D打印既是一种生产工具的革命，又是一种由生产材料改变而引发未来整个生态结构方式改变的技术，比3D打印更具备前瞻性和颠覆性。

 

从实验到应用的跨越

智能材料的高标准需求、催动材料变形的软件设计，都是4D打印的发展瓶颈。“敏于观察，勤于思考，善于综合，勇于创新”，人类正是靠着这样一种能力，跨越难关，驱动科技进步。

 

 

从2013年美国麻省理工学院开展4D打印实验开始，很多国家就着手在军事、医学、生活等领域探索此类技术应用。2015年初，第一件镂空4D连衣裙和第一双4D鞋子问世，一定程度上实现了“量体裁衣”。随后，4D打印水凝胶材料研发生成，这种水凝胶预计会在未来城市水网改造、医学器官再造和航天器等方面发挥出重要作用。理论虽已成为实物，但4D打印主要应用场景仍在实验室里。

 

直到2016年，中国首次采用生物可降解材料，成功将4D打印气管外支架用于婴儿复杂先天性心脏病合并双侧气管严重狭窄的救治；2017年，美国国家航空航天局制作出用于外太空的先进纤维材料，形成链甲般保护航天器的外层材料；去年，香港城市大学的研究团队成功开发4D打印陶瓷技术。诸如这些，标志着4D打印逐渐从实验室成果走向人类的日常生活。

 

从民用到军用的追求

4D打印技术运行过程中，只需提前设定好程序模型，准备好打印设备和原材料，就能全程依靠计算机进行操作。这样，不仅可有效提高生产的精度、准度和效率，也可在最大程度上节约人力成本，能够在战场抢修、灾难救援或太空环境等恶劣环境中派上大用场。

 

 

美陆军首席指挥官也曾表示，美陆军一直在追求防护服的双重需求——既能绝对的保护，又能足够的轻盈，不给士兵增加负担或限制动作。利用4D打印这一技术，未来可能开发出轻薄小巧的防弹衣，便于储存和携带，更能提供全面防护。