4D打印 时间也可以打印

    俗话说：“你永远跟不上科技的脚步。”在我们刚刚开始有点了解3D打印并为之惊叹的时候，科学狂人已经开始思考4D打印将如何改变这个世界。2月25日，在美国加州长滩市举办的TED2013大会上，来自美国麻省理工学院的斯凯拉·蒂比茨向我们展示了4D打印技术的无穷魅力。

    所谓4D打印技术，就是在3D打印的基础上增加一个“时间”的纬度。所有物体都因时间而存在，物体形状改变也需要时间。3D打印是预先建模再打印出成品，而4D打印的逻辑，是把产品设计通过3D打印机嵌入可以变形的智能材料中，在特定时间或激活条件下，无需人为干预，也不用通电，便可按照事先的设计进行自我组装。4D打印是一个动态过程，它的创新在于“变”。

    28岁的建筑设计师、计算机科学家斯凯拉·蒂比茨是4D打印研究项目的负责人，他在麻省理工学院的自我组装实验室有一个750升的大鱼缸，足以养活一头鲨鱼。他发明的4D打印机目前还只能在水里工作。据蒂比茨介绍，4D打印技术背后的核心是自我组装技术，而这项技术已经在纳米级上应用多年。“自我折叠的蛋白质的确很酷，但如果把这项技术应用于建造大桥和高楼，那会是怎样？”

    蒂比茨先是在生物分子学教授亚瑟·奥尔森的指导下，通过3D打印技术配合嵌入式磁铁，设计了一组可以自我组装的零件，只需用力晃动烧杯，杯中的零件就像有了意识一样，自动组装成一个脊髓灰质炎病毒的3D模型。这个实验证明了4D打印技术的可行性，但是摇晃烧杯实在是太耗费体力了。

    几个月后，蒂比茨见到了世界最大的3D打印机生产商Stratasys公司的项目负责人，他们刚刚发明了一种可以在水里变形的高分子聚合材料。这种新材料一旦接触到水，可以延展到自身长度的两倍。借助设计软件，蒂比茨将可延展和不可延展的两种材料混合打印到一缕线中，只要将这缕线放入热水中，用不了多久就可以弯曲变形，构成麻省理工学院的缩写“MIT”。在第二次实验中，他又加入了更复杂的算法和设计，使得放入水中的线弯曲成立方体，展现出3D的效果。

    对于蒂比茨来说，这项实验取得了重大突破。设想这项技术应用到地下排水系统，4D打印机可以建造出收缩自如的排水管道。当飓风来临时，管道可以变得更大利于排水，当洪峰过去后，管道又缩回原来的大小。不仅如此，这些管道还可以根据需要弯曲、扭动、变形，而不用担心破裂。在地质灾害频发的地区，这种管道甚至可以自我组装和修复。

    蒂比茨同时也表示，目前4D打印技术有两个瓶颈，一个是还没有找到合适的智能材料。所谓智能材料，是一种能感知外部刺激，能够判断并进行适当处理的新型功能材料，具有传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自我诊断能力、自我修复能力和超强适应能力。目前4D打印技术使用的材料只能感应水的刺激，但希望将来能找到可以感受光、声、热甚至时间的新型智能材料。另一个瓶颈是打印机的规模太小。如果想打印大型工程，必须使用大型材料，要有高精度且可靠性较高的打印机，但目前来看，这种打印机的造价太高。

    据蒂比茨和他的团队介绍，目前的4D打印机只能打印条状物体，实现一维到二维，一维到三维的变化，今后他们要设计打印出片状物体、然后是立体物体，实现二维到三维，三维到更复杂结构的变化。可以想象，在4D打印的时代，产品将变得更加智能化和人性化，空间站和卫星将能实现自我组装和自我修复，危险地区的工程将不再需要人的参与，桥梁、水坝、公路、房屋……一切都将按照设计自行建造。《变形金刚》里的场景将不再只是银幕上的幻想，可变形的汽车将更加安全、方便、可靠。人们只需坐在电脑旁，根据自己的想法和需要，设计出适合自己的产品，然后轻点一下“打印”便大功告成。

    听起来不可思议。事实上，3D打印机从构想到广泛应用于生产、生活中只用了20年的时间。在科技高速发展的今天，我们完全有理由相信，在不远的将来，4D打印成为一种可能。（本报记者 于杰飞）