什么是4D打印？--4D打印技术详解

2014年3月，西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室开发出了形状记忆聚合物，它具有形状记忆功能，只要通过调节环境温度，其智

     能结构就会随着时间发生形状或结构的变化，从而能通过4D打印，把它用于微创手术器械多自由度操作臂的制造中。2015年4月，澳大利亚卧龙岗大学的科研人员开发出一款兼容4D打印的水凝胶，它材质坚硬而且能根据水温不断改变形状，用它打印出的一个水阀，能根据水温自动调节粗细来实时改变通水量，未来可能在城市水网改造、医学器官再造和航天器等方面发挥作用。2015年10月，以色列耶路撒冷希伯来大学的研究人员，将4D打印引入到了柔性电子领域，同时还用一台PLA 3D打印机，实现了对形状记忆聚合物的打印，它能以比通常使用的3D打印机更高的分辨率打印出物体。2016年3月，德国汽车制造商宝马公司尝试将4D打印用于汽车零部件制造，打印车轮的一种柔性覆盖板，它能根据环境调整大小，发挥了非常出色的空气动力学性能。今年上半年，媒体还陆续报道了德国开发出了一款专门用于4D打印的打印机，澳大利亚、日本和欧洲一些国家也在商业性的4D打印机和智能复合材料方面取得了不同程度的进展。

二、4D打印的主要问题

       根据发展现状，总体分析看，4D打印迄今所取得的成果都比较初级，还存在很多问题需要解决，特别是在以下四个方面。

 首先，4D打印缺少合适的可编程或智能复合材料。现在4D打印采用的材料还比较“生硬”，种类也太少，难以将设计、尤其是复杂一些的设计预先编程到打印过程中，因而最终折叠或扭曲成的物体形状和功能都比较简单，基本是字母型物体或是简单几何造型的物体，而且物体成形花费时间较长，机械强度不够，难以具备实用的一些功能。况且，4D打印的环境或刺激物（催化剂或能量）类型有限，材料大都只能在水和温度的激励下，由一种形状变成另一种形状，激励类型不能满足实际应用需要。

 其次，4D打印编程设计难以适应复杂的物体制造。目前的4D打印，其设计实现的大都是在结构上不连贯的条状物体，或者在结构上看似分离的片状物体，这样的物体通过被水刺激后，依靠那些间断处的折叠或扭曲，完成从一维到二维或者从两维到三维的自我组装。而且，编程设计主要是对结构较为简单的物体，只能让物体完成一次自我制造，基本不能在设计时一次嵌入几种造型，难以实现让物体由一种形状到另一种形状后，还能在需要时再变到第三种形状。