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    在2015國(guó)際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)（CES）上，美國(guó)“神經(jīng)系統(tǒng)”設(shè)計(jì)工作室推出了一款用4D技術(shù)打印出的運(yùn)動(dòng)學(xué)連衣裙。這款裙子有 3212 個(gè)“零件”，用4709 個(gè)“接環(huán)”連接在一起，一經(jīng)推出便引起人們對(duì)4D打印技術(shù)的關(guān)注。

    3D打印方興未艾，4D打印作為最新的技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)狀及前景如何？賽迪智庫(kù)研究顯示，受當(dāng)前3D打印機(jī)、3D打印材料以及技術(shù)成熟程度等因素影響，4D打印目前還停留在研發(fā)和試驗(yàn)階段，尚不具備大規(guī)模應(yīng)用的可能。但我國(guó)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)同樣需要積極布局，并行跟進(jìn)這項(xiàng)有著廣闊應(yīng)用前景的技術(shù)。

    4D打印產(chǎn)品驚艷亮相

    真空中放置的平板，受外力刺激后會(huì)自動(dòng)“變形”成沙發(fā)；地下管道可以隨著外部環(huán)境變化而擴(kuò)大或縮小，以調(diào)整容量和流量，甚至還能在受損時(shí)自行維修或在報(bào)廢時(shí)分解……這些似乎只有在動(dòng)畫片中才能見到的魔幻情景，借助4D打印技術(shù)將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

    2013年年初，美國(guó)麻省理工學(xué)院自組裝實(shí)驗(yàn)室主任斯凱拉?蒂比茨公開展示了4D 打印的技術(shù)成果——將一根看似普通的材料部件（線條）放入水中，隨著時(shí)間的變化，線條在沒有任何外接設(shè)備參與的情況下，經(jīng)過(guò)一系列的盤曲折疊，最終形成了一個(gè)正四面體。

    蒂比茨解釋說(shuō)，他是通過(guò)在材料部件中嵌入預(yù)設(shè)編碼程序，使之按照預(yù)先設(shè)定的結(jié)構(gòu)和外觀模式自行組裝完成。

    專家表示，與傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)相比，4D打印技術(shù)在其基礎(chǔ)上引入了第四維，即指產(chǎn)品被制造后仍能在特定時(shí)間改變形狀和功能，實(shí)現(xiàn)自我組建，從而使產(chǎn)品具有“自組織”功能和動(dòng)態(tài)演變能力。具體來(lái)說(shuō)，4D 打印是在3D打印過(guò)程中采用“自我變形”材料，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的導(dǎo)引下，經(jīng)過(guò)層層堆積生成零部件的加工工藝，被打印物體可以隨著時(shí)間的推移而在形態(tài)上發(fā)生變化。

    事實(shí)上，4D打印基本沿襲了3D打印的工藝原理，只是在所采用的打印材料上進(jìn)行了創(chuàng)新，即在3D打印的概念中加入了時(shí)間元素，從而由過(guò)去的三維立體打印擴(kuò)展為四維打印。

    在對(duì)4D打印技術(shù)持樂(lè)觀態(tài)度的人士看來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)將是一項(xiàng)“左右世界未來(lái)制造業(yè)發(fā)展”的革命性技術(shù)突破，有可能徹底顛覆傳統(tǒng)的制造業(yè)；而保守者則認(rèn)為，4D打印還只停留在概念領(lǐng)域，目前看不出其工業(yè)價(jià)值。

    應(yīng)用前景廣闊

    “雖然4D打印尚處于試驗(yàn)階段，但作為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，它將創(chuàng)造出‘可被編程的世界’，將對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)生革命性影響。”“神經(jīng)系統(tǒng)”設(shè)計(jì)工作室創(chuàng)意主管杰茜卡?羅森克蘭茨說(shuō)，未來(lái)這項(xiàng)技術(shù)將具有廣闊的應(yīng)用前景。

    賽迪智庫(kù)研究顯示，4D打印可以利用可編程材料制造帶有傳感特點(diǎn)的復(fù)合材料，生產(chǎn)根據(jù)環(huán)境動(dòng)態(tài)演變的產(chǎn)品。例如，把可以改變對(duì)電磁波反映特性的納米材料嵌入到打印對(duì)象中，當(dāng)遇到不同的可見光，材料的顏色隨之改變，具有顯著的自我感應(yīng)能力。

    同時(shí)，4D打印技術(shù)還可制造出功能形式多變的模塊組件，通過(guò)組合可編程材料，改變產(chǎn)品的形狀和功能。未來(lái)，大型建筑物等也可呈現(xiàn)出生命特質(zhì)，人們將能夠以可編程材料為基礎(chǔ)，通過(guò)編程使這些材料模塊自動(dòng)堆疊形成各種形狀的建筑物，并具備嵌入式電力裝備、管道等配套設(shè)施。

    業(yè)內(nèi)認(rèn)為，4D打印將引發(fā)未來(lái)制造行業(yè)的變革，使數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為真實(shí)的產(chǎn)品成為可能。4D打印的制造者們只需下載產(chǎn)品設(shè)計(jì)程序， 就可通過(guò)采集和編程制造出所需產(chǎn)品；4D打印所造成的工業(yè)排放幾乎可以忽略不計(jì)，在真正意義上實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，從而開辟制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新途徑，并改變傳統(tǒng)的制造業(yè)模式，

    雖然應(yīng)用廣闊，但4D打印存在的風(fēng)險(xiǎn)也不容忽視。例如，由于4D打印實(shí)物可以自由變化，可變形機(jī)翼可能被黑客攻擊而導(dǎo)致墜機(jī)；4D打印的建筑物可能由于一條錯(cuò)誤指令而坍塌。再如，由于 4D 打印產(chǎn)品能夠自由轉(zhuǎn)化為其他形態(tài)，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)提出了新的挑戰(zhàn)，如何確定知識(shí)產(chǎn)權(quán)邊界，怎樣追溯動(dòng)態(tài)產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者等。未來(lái)，可能需要更加復(fù)雜的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制。

    4D打印產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日

    雖然4D打印吸引各方關(guān)注，但業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，受制于4D打印技術(shù)本身以及所用耗材，4D打印即使是在其技術(shù)源頭美國(guó)，目前也還處于概念期和試驗(yàn)階段，距離實(shí)際應(yīng)用還有一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程，想要真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日。

    賽迪智庫(kù)裝備工業(yè)研究所所長(zhǎng)左世全表示，無(wú)論是3D打印還是4D打印，采用新型打印材料都是其取得革命性突破的關(guān)鍵。目前，我國(guó)在打印材料方面與國(guó)際先進(jìn)水平相比差距還很大，應(yīng)加快打印材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為3D或者4D打印產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供支撐條件。

    賽迪智庫(kù)研究顯示，盡管4D打印技術(shù)的研究起源于發(fā)達(dá)國(guó)家，但我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域與世界前沿科技的差距目前處于歷史最小時(shí)期，已經(jīng)有能力并行跟進(jìn)這項(xiàng)有著廣闊應(yīng)用前景的技術(shù)。專家建議，我國(guó)應(yīng)著眼于未來(lái)十年、二十年以至更長(zhǎng)時(shí)期的制造業(yè)變革大勢(shì)，把4D打印作為國(guó)家重大前沿科技進(jìn)行前瞻部署，鼓勵(lì)有研究基礎(chǔ)的高校和科研院所積極跟進(jìn)4D打印技術(shù)最新研究進(jìn)展，開展材料科學(xué)、生物科學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)、信息編碼等理論和基礎(chǔ)研究，做好充分的知識(shí)儲(chǔ)備；鼓勵(lì)有研發(fā)條件的高新技術(shù)企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)合作，實(shí)驗(yàn)性地開展4D 打印的產(chǎn)品應(yīng)用研發(fā)制造。

    摘自《中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào)》