4D打印，準確地說是一種能夠自動變形的材料，只需將其放入水中，不需要連接任何復雜的機電設備，就能按照產品設計自動折疊成相應的形狀。4D打印是由MIT與Stratasys教育研發部門合作研發的，是一種無需打印機器就能讓材料快速成型的革命性新技術。4D打印最關鍵是記憶合金。4D打印“延續了3D打印，并添加了變形維度”。

中文名

4D打印

外文名

4D Printing

概述

      所謂的4D打印，比3D打印多了一個“D”也就是時間緯度，人們可以通過軟件設定模型和時間，變形材料會在設定的時間內變形為所需的形狀。準確地說4D打印是一種能夠自動變形的材料，直接將設計內置到物料當中，不需要連接任何復雜的機電設備，就能按照產品設計自動折疊成相應的形狀。4D打印最關鍵是記憶合金。4D打印由MIT與Stratasys教育研發部門合作研發的，是一種無需打印機器就能讓材料快速成型的革命性新技術。大小形狀可以隨時間變化。

原理

為了充分應用這一新技術，Autodesk公司的研發團隊進一步設計了新軟件Cyborg，可以用于自我組裝和可編程的模擬材料，實現設計的優化和材料的折疊。

傳統而言，造物過程一般是，先模擬后制造，或者一邊建物一邊調整模擬效果。而通過硬件和軟件的緊密結合，4D打印顛覆了傳統的造物方式。

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。

評價

人們相信，4D打印不但能夠創造出有智慧、有適應能力的新事物，還可以徹底改變傳統的工業打印甚至建筑行業，與此前的3D打印相比，它將具有更大的發展前景。4D打印更為智能，物料可自行“創造”，簡化了打印過程，但對打印材料有了更高要求。

Skylar Tibbits認為，4D打印讓快速建模有了根本性的轉變。與3D打印的預先建模、掃描，然后使用物料成形不同，4D打印直接將設計內置到物料當中，簡化了從“設計理念”到“實物”的造物過程。讓物體如機器般“自動”創造，不需要連接任何復雜的機電設備。

目前4D打印技術使用的材料只能感應水的刺激.

技術影響

與之前3D打印概念相比，4D打印具備更大的發展前景；因此，2013年2月28日，法爾勝盤中快速拉升封漲停，博云新材、西部材料、圣萊杰、博威合金等午后跟風漲停，而推動這些個股漲停的最主要因素，就是突然熱炒的4D打印概念。

經濟影響

分析師稱該類個股多為游資爆炒，多家公司并未涉及4D打印3D打印技術尚不成熟，4D打印已風靡股市。經過數日游資爆炒，4D打印概念股表現依然亮眼。多只概念股昨日逆市上漲。概念股法爾勝連收三個漲停板，收報5.15元，累計上漲33.42%，其工作人員表示公司與4D打印無關。分析人士認為，市場近兩年都熱衷于概念炒作，投資者應該把握好買賣時機。

　　所謂4D打印技術，是一種能夠自動變形的材料，該技術在2月底于加利福尼亞舉行的TED大會上展出，顛覆了傳統的造物方式，并引爆了A股的4D打印行情。因為前期市場對3D打印概念的炒作，中航重機一度在半個月內股價翻番，相關概念股均出現大漲，所以4D打印概念也令投資者熱情高漲。由于其關鍵技術在于記憶合金，和相關材料的上市公司因此受到游資的青睞。

　　但多家上市公司都表示自己并非“4D打印概念股”。圣萊達、博云新材和西部材料先后發布澄清公告，表示公司尚未開展與4D打印技術相關的任何業務及研發工作，也未與任何企業或研究機構就此事進行過接觸。記者昨日以投資者身份就此電話咨詢了相關上市公司，法爾勝、新開源、安泰科技均明確表示公司沒有接觸4D打印和生產相關材料，氯堿化工、有研硅股的電話則無人接聽。

　　博威合金則表示公司生產的材料與4D打印相關。其證券事務部工作人員告訴記者，公司生產的合金材料是4D打印技術的相關材料，但公司未接觸過相關的企業或研究機構。

　　盡管多家上市公司否認涉“4D打印”，但該類個股昨日表現依然亮眼。截至昨日收盤，法爾勝漲停，圣萊達漲3.67%，英力特漲2.92%。此前發布澄清公告的博云新材和西部材料的跌幅逾5%。可見與之前爆炒的兩個交易日相比，概念股的漲幅已經收窄，有些個股已經開始下跌。

　　數據顯示，華泰證券股份有限公司江陰福泰路證券營業部昨日賣出法爾勝2035.39萬元，近三個交易日共賣出2454.37萬元；中信證券（浙江）有限責任公司嵊州時代商務廣場證券營業部、光大證券股份有限公司余姚陽明西路證券營業部近三個交易日的賣出金額都在千萬元以上。

技術應用

美陸軍首席技術官格雷絲·博赫內克指出，4D打印“延續了3D打印，并添加了變形維度”。其想法是，當處于不同環境下，比如水中或者極端溫度下，3D打印出來的部件的性能可以隨之改變。博赫內克表示，防彈衣未來可能會采用4D打印技術。陸軍在過去十年中一直在努力滿足防護服的雙重需求——既有保護作用，又足夠的輕盈，不會給士兵增加負擔或限制動作。利用4D打印，科學家未來可能開發出輕薄小巧的防彈衣，便于儲存和攜帶，但也可以伸展開并提供全面的防護。

2017年4月27日，美國宇航局NASA最近開發出了一種全新的4D打印技術，通過這種技術可以制造出一種“鏈甲”來保護飛船不受流星的沖擊。[1]

2017年6月6日，第四軍醫大學西京醫院通報，該院成功實施了世界首例計算機輔助4D打印生物可降解材料填充物乳房重建手術，為乳腺癌乳房切除患者帶來新的重建方式。[2]

優勢

隨著3D打印從概念轉入生活化，4D打印的發展步伐也在日益加快，市場藍圖已經徐徐打開。那么，在科技迅速發展的當下，4D打印作為傳統制造業的變革方向和新技術創業者的契機，又具有哪些獨特的優勢呢？[3]

大幅降低制造成本

　　不論是現代制造技術，還是基于工業4.0、中國制造2025的新制造技術，對于生產復雜或者個性訂制產品來說，無論是制造還是組裝成本都是偏高的，甚至還會隨著部件的復雜程度同比例上漲。而在4D打印技術支持下的產品制造，部件與產品本身結構的難易程度將變得不再重要，因為通過對整體產品不同部件進行的一體化打印以及可變形自組裝將讓組裝成本化整為零，最大限度地降低產品的生產制造成本。

個性化訂制成本不變

　　在當前的制造技術與環境下，小批量訂制的成本還是處于一個比較高的位置，更別說私人訂制，其成本或許要以藝術品的角度來看待。隨著4D打印技術的介入，私人訂制的成本將與傳統的批量化制造畫等號，甚至更加低廉。因為在傳統制造中被認為是很復雜的結構、工藝，到了4D打印面前，都將變得簡單化，尤其是成本不會受部件的復雜程度而波動。

取代人工組裝成本

　　4D打印的產品部件將不再需要廠家或用戶自行組裝。廠商根據用戶的需要，將所制造的產品運送到指定地點放置好后，用戶在需要的時候直接給予介質觸發，打印物就會實現自動組裝，這就取代了當前依賴于人力進行組裝搭建或拆解的方式，人力成本也將由此得到釋放。

零庫存的生產方式

　　對于生產制造企業來說，所有的商品即是資產，同樣也是其資金成本的核心部分，一旦銷售周轉放緩將直接導致資金周轉率降低，進而影響利潤。通過4D打印進行的生產制造將有效緩解這個問題。廠家根據消費者的想法隨時提供產品設計、打印制造的服務，做到“即買即造、即造即銷”，真正取代傳統的庫存銷售方式。

放大創意空間

　　對于很多設計師而言，最痛苦的就是創意很豐滿，現實制造卻很骨感。而4D打印技術可以毫不夸張地說，但凡設計師能描繪出來的創意構想，都能不折不扣地得到實現，真正做到讓創意設計的價值獲得充分實現。

降低制造專業性

　　當前的制造不論是簡單或復雜，都在一定程度上對生產工人提出了專業和熟練要求，尤其是一些專業性要求高的制造領域，其對于工人的專業技能和熟練程度都提出了較高的要求；而且技術的培養都需要經過多年的訓練和沉淀，中間還存在所培養技術人才流失的較大風險。4D打印技術的應用，大大降低了對于復雜制造部件的專業技能要求，并且可以幫助我們承擔相當部分的“高難度”工藝制作，從而有效降低制造的專業門檻和人才流失風險。

有效簡化制造環節

　　大部分的產品通常都是由多個零部件組裝而成的，而不同零部件則需要不同的設備為其配套制造。所以對于廠家來說，這不僅占據了較大的場地空間，投入成本也是水漲船高。4D打印技術則全然不同，它只需一臺打印機，根據不同的材料以及用戶所設定的不同部件形態直接打印不同的部件或整體產品。若是部件打印，則可以通過自我驅動組裝。

不良率將成為過去式

　　傳統制造企業最常規的生產制造考核指標就是對不良產品生產率的控制，這也是決定著企業經濟效益的關鍵指標。在4D打印時代，不良率這個名詞在生產制造過程中或將走向歷史的終結，而決定著產品能否滿足用戶需求的關鍵將被轉移至設計端。也就是說未來決定產品是否合格的關鍵要素不再是制造環節，而是設計環節，由設計師決定。

材料無限組合

　　對于當今的制造技術來說，將不同原材料結合成單一產品是件比較困難的事情，因為傳統的制造機器在切割或成型過程中不能輕易地將多種原材料融合在一起。盡管多種材料的混合注塑在一些領域已經被應用，但其成本與不良率都相對較高。4D打印技術的出現將讓這一現象得到改變，在4D打印過程中，我們可以將多種不同材料通過同一臺設備進行混合打印，不論是塑料、金屬或是其他的合成材料，這也意味著在不久的將來一臺完整的可變形汽車將直接通過打印的方式生產制造出來。

批量一致性堪稱完美

　　盡管現代制造技術借助于模具在一定程度上保障了產品生產的一致性，但還是難以獲得一致精準性的百分百保障。4D打印技術將讓產品“復制”獲得徹底解決。依托于4D打印技術，批量生產就如同復制數字文件般簡單，而其一致性也將如同數字化復制般一致。不論是大批量或是小批量，4D打印技術都能有效保障其一致性。

技術案例

     2016年8月,某患乳腺癌的患者在西京醫院接受治療。當時腫瘤的大小超過了6cm,盡管實施了新輔助化療,但仍只能實施乳房全切。專家決定為其實施計算機輔助4D打印生物可降解材料填充物乳房重建手術。

2016年3月，曲江婦產醫院聯合空軍軍醫大學3D打印研究中心（原第四軍醫大學3D打印研究中心）與西安交通大學機械制造系統工程國家重點實驗室利用世界最先進的4D打印技術，成功為一名先天性陰道閉鎖的患者實施陰道成形手術，患者術后恢復良好。據權威機構證實，該手術在國際尚屬首例。這一世界前沿技術的成功應用，填補了4D打印技術在婦產領域應用的空白，“唐都智造”邁入了4D時代。

來源：3d科技

編輯：董強