4D打印是一個相對較新的概念，它擴展了3D打印的概念，通過加入時間這一維度（作為第四維）來制造能夠隨時間改變形態的物體。具體來說，4D打印是通過使用特殊的材料和設計策略，制造出能夠在受到某種刺激（如溫度、濕度、光線或其他環境因素）時自動改變形態的物體。

以下是4D打印的主要特點：

智能材料：4D打印使用的是一些“智能”或“可響應”的材料，它們能夠在受到特定刺激時改變自己的形態或性質。

時間因素：這些物體不僅僅是在打印完成后保持靜態的。相反，它們是設計成在后續的某個時間點，通常是在受到某種外部刺激時，進行形態的變化。

多功能性：這些打印出來的物體可以根據外部環境或使用需求進行自我調整和適應。

4D打印的潛在應用非常廣泛，從醫療設備、建筑、服裝，到機器人學和更多其他領域，它都有可能帶來巨大的變革。例如，可以設計出能夠根據天氣變化而自動調整形態的衣物，或是能夠根據土壤濕度而調整形態的植物支撐結構，以及能夠在體內釋放藥物的可響應植入物等。

隨著時代的進步，4D 打印技術正逐漸走入我們的視野。這種技術又被稱為變形系統，它將時間作為 3D 打印的第四維。利用這些特殊的材料，它們能夠在遇到熱、光、濕度、電流或壓力等外部因素時改變形狀或特性。設想一下，高科技紡織品根據濕度變化透氣性，或是管路系統能夠隨溫度波動膨脹或收縮。盡管 4D 打印技術還在早期階段，但其潛在對眾多行業的影響是不言而喻的。為此，我們采訪了多位增材制造領域的權威。

醫療領域

傳統的醫療植入件受到其固定結構的局限，而 4D 打印則打破了這一局限。因為其具備變形的特性，植入件能夠隨著時間流逝與患者身體更好地融合。例如，醫生能夠制造出能擴張和收縮的牙科植入件，以適應患者的口腔結構。

來自 Nissha Medical Technologies 的制造專家 Robert Jones 表示，4D 打印的潛力并不僅限于植入件。他表示：“這項技術可以非常精確地控制體內藥物釋放。”研究已經顯示，科研人員正在開發針對刺激響應和特定藥物輸送的 4D 打印水凝膠。這種水凝膠能夠感應患者的體溫、pH 值、血壓或某些特定酶，并在適當的時間和地點釋放藥物，對于需要實時藥物供應的病人，這無疑是一項巨大的進步。

航空航天

4D 打印在航空航天領域具有巨大的潛在價值。其變形部分可以使飛行器更好地適應不同的飛行環境，從而減少風阻、提高性能和效率。據康考迪亞大學研究，4D 打印制造的無人機翅膀能夠應變，彎曲幅度可達 20 度，極大提高其飛行效率。此外，4D 打印材料還能助力于研發衛星和宇宙飛船的輕盈、靈活結構，從而降低空間探索的成本和難度。

APAPTA 的主管 Adrian Nordtomme 認為，4D 打印不僅僅會影響航空航天行業。他提到：“利用電流，而非熱或光，作為刺激源進行4D打印可能會帶來很大的好處。這將對汽車、航空和船舶制造行業產生深遠影響，特別是在空氣動力學結構調整方面。”

服裝行業

利用變形系統，設計師將能制造出能夠根據環境變化和穿戴者需求進行調整的衣物和配件。眾多研究團隊和品牌，例如阿迪達斯，已經開始探索 4D 打印鞋的制造。這些鞋旨在適應每位用戶的腳型和行走習慣，從而提供卓越的舒適度和性能。運動員可能會因此獲得更多競技優勢。

Hubs 的 3D 打印專家 Robin Brock?tter 分析了 4D 打印對時尚界的潛在影響。他描述：“設想一下，一件外衣能根據冷熱調整厚度，或者戶外裝備能在人體出汗時增強其通風功能。同時，4D 打印制造的連衣裙能根據穿戴者的移動調整其紋理和形態，展現出動態、多變的設計風格。”

家具行業

4D 打印使得家具自我組裝成為現實。消費者無需繁瑣的安裝步驟和工具，僅需觀察家具自我形成的過程。這種組裝方式不僅省時省力，還使得家具更加普及。為更好地理解這一概念，大家可以查看麻省理工學院關于自組裝立方體的演示視頻。

Hubs 的機械專家 Francesco Rivalta 認為變形技術將徹底改變家具行業。他說：“這可能比平板包裝家具更具革命性。設想只需用吹風機即可組裝成一張椅子。”

包裝領域

4D 打印能夠創造出對雨、冷熱等環境因素具有高度適應性的包裝材料。此外，該技術還能使包裝過程自動化。瓊斯基于自己在 Nissha Medical Technologies 的經驗指出：“藥品在運輸過程中經常面臨溫度過高或過低的問題。4D 打印制造的智能包裝能自動調整其內部空間來維持恒溫。”

結論

4D 打印是一個巨大的創新步伐。盡管它仍然處于早期研究階段，但其潛在價值已經為眾多行業所認可。這項技術預示著一個更加智能、高效的未來，將在許多領域中發揮其獨特之處。