“4D打印”，智能打印？ _小知识

国内科技发烧友们对3D打印才刚刚有了一个朦朦胧胧的概念认知时，而美国的科学家们已经强势将4D打印从幕后搬到了台前。
什么是4D打印

听起来4D只是比3D打印多了一个数字，但实际上却是完全不同的概念。如果说3D打印就是用相应的材料按照之前预先建模的计划完全复制，那么4D打印则是直接将想要的性状输入材料当中，然后打印出来的物体会自动变形、组合出现，这听起来似乎神奇而玄妙。

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用美国麻省理工学院的一句经典描述：在3D的基础上提出了第四个纬度时间，随着时间的推移，静止的物体能够变形和适应新的环境。 4D打印其实就是使用可编程的智能材料实现物体的自我组装。 4D打印之所以可以实现原材料自动成形，最关键的是记忆材料，这是一种无需打印机就能够让材料成形的革命性新材料技术。

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微尺度机器人

从上世纪90年代初开始，已经有一些富有想象力的科学家开始在讨论可编程物体了。不过直到2007年，可编程物体的研究才获得了快速发展。当时美国国防部资助了一项“可编程物体”的研究，目标是设计和建造微尺度级别的机器人，能够组合或变形为更大型的军用系统，如实体展示器或专用天线。研究人员将机器人缩小到毫米级尺度，差不多相当于一根铅笔的粗细。
在几年时间内，他们已经成功地展示了体积微小的变形机器人。现在，科学家已经着手开发纳米级自主组装设备，可以用作生化传感器、电子设备，或是给药载体。科学家感兴趣的是如何实现可编程物体的尺度达到人体大小，在这一方面， 4D打印无疑大派用场。同3D打印一样， 4D打印也是通过逐层下料来构建物体。区别是，通过4D打印，可以制造出能在一定条件下改变外形或性质的物体。
如何使用4D打印来建造不需要传统机器人结构（马达、电线和电子设备〕的机器。在美国麻省理工学院里，研究人员展示了大量成果，其中就包括一种利用特殊聚合物制成的蛇形物，能在注水后折叠出字母“MI”（麻省理工学院的英文缩写）的形状，这种聚合体还能自动从“MIT”自动变成“SAL”（自动组装实验室的英文缩写）的形状；还有一种平面结构，可以自行折叠成八面体；以及一种平圆盘，在接触水时会变成弯曲的折叠结构。而美国弗吉尼亚理工大学的威廉姆研究小组又向前迈进一步，他们将4D打印同纳米材料结合在一起。在打印出的物体中嵌入纳米材料，就可以制造出能在电磁波（可见光和紫外光）的作用下改变属性的多功能纳米复合材料。例如，利用会在不同光照条件下改变颜色的嵌入式纳米材料，在这类新材料的基础上，该研究小组开发出了全新的传感器，能够植入医疗设备，用于测量血压、胰岛素水平和其他医学指标的极限数值。

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美军很感兴趣

3D打印需要建模扫描，但是4D打印更加智能，原材料可以自动成型，这就大大简化了制造过程。美国陆军和海军已经开始了相关研究，希望能在战场或军舰上使用4D打印技术制造零件，以免除成千上万个零部件因运输和储存带来的巨大消耗，节约大量的时间、空间和费用。可编程物体的优势还不止这些，想象一下，在潜艇上备一箱智能材料，会有多么方便：如果潜艇的某个零部件损坏了，或者需要某种特殊工具，只需使用相应的智能材料，并对其进行编程，把它们制成所需的零部件或工具就可以了。工具用完后，还可以让它重新分解回智能材料，以备后用。