所謂4D打印技術，就是在3D打印的基礎上增加一個“時間”的緯度。所有物體都因時間而存在，物體形狀改變也需要時間。3D打印是預先建模再打印出成品，而4D打印的邏輯，是把產品設計通過3D打印機嵌入可以變形的智能材料中，在特定時間或激活條件下，無需人為干預，也不用通電，便可按照事先的設計進行自我組裝。4D打印是一個動態過程，它的創新在于“變”。
28歲的建筑設計師、計算機科學家斯凱拉·蒂比茨是4D打印研究項目的負責人，他在麻省理工學院的自我組裝實驗室有一個750升的大魚缸，足以養活一頭鯊魚。他發明的4D打印機目前還只能在水里工作。據蒂比茨介紹，4D打印技術背后的核心是自我組裝技術，而這項技術已經在納米級上應用多年。“自我折疊的蛋白質的確很酷，但如果把這項技術應用于建造大橋和高樓，那會是怎樣?”
蒂比茨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。這個實驗證明了4D打印技術的可行性，但是搖晃燒杯實在是太耗費體力了。
幾個月后，蒂比茨見到了世界最大的3D打印機生產商Stratasys公司的項目負責人，他們剛剛發明了一種可以在水里變形的高分子聚合材料。這種新材料一旦接觸到水，可以延展到自身長度的兩倍。借助設計軟件，蒂比茨將可延展和不可延展的兩種材料混合打印到一縷線中，只要將這縷線放入熱水中，用不了多久就可以彎曲變形，構成麻省理工學院的縮寫“MIT”。在第二次實驗中，他又加入了更復雜的算法和設計，使得放入水中的線彎曲成立方體，展現出3D的效果。
對于蒂比茨來說，這項實驗取得了重大突破。設想這項技術應用到地下排水系統，4D打印機可以建造出收縮自如的排水管道。當颶風來臨時，管道可以變得更大利于排水，當洪峰過去后，管道又縮回原來的大小。不僅如此，這些管道還可以根據需要彎曲、扭動、變形，而不用擔心破裂。在地質災害頻發的地區，這種管道甚至可以自我組裝和修復。
蒂比茨同時也表示，目前4D打印技術有兩個瓶頸，一個是還沒有找到合適的智能材料。所謂智能材料，是一種能感知外部刺激，能夠判斷并進行適當處理的新型功能材料，具有傳感功能、反饋功能、信息識別與積累功能、響應功能、自我診斷能力、自我修復能力和超強適應能力。目前4D打印技術使用的材料只能感應水的刺激，但希望將來能找到可以感受光、聲、熱甚至時間的新型智能材料。另一個瓶頸是打印機的規模太小。如果想打印大型工程，必須使用大型材料，要有高精度且可靠性較高的打印機，但目前來看，這種打印機的造價太高。
據蒂比茨和他的團隊介紹，目前的4D打印機只能打印條狀物體，實現一維到二維，一維到三維的變化，今后他們要設計打印出片狀物體、然后是立體物體，實現二維到三維，三維到更復雜結構的變化。可以想象，在4D打印的時代，產品將變得更加智能化和人性化，空間站和衛星將能實現自我組裝和自我修復，危險地區的工程將不再需要人的參與，橋梁、水壩、公路、房屋……一切都將按照設計自行建造。《變形金剛》里的場景將不再只是銀幕上的幻想，可變形的汽車將更加安全、方便、可靠。人們只需坐在電腦旁，根據自己的想法和需要，設計出適合自己的產品，然后輕點一下“打印”便大功告成。
聽起來不可思議。事實上，3D打印機從構想到廣泛應用于生產、生活中只用了20年的時間。在科技高速發展的今天，我們完全有理由相信，在不遠的將來，4D打印成為一種可能。
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