3D打印之后会是什么?答案是4D打印。比起3D打印，4D打印更为神奇：它直接把程序嵌入了材料中，能够让材料自动变形，使打印出来的零件实现自动组装。而要实现自动组装，需要特殊的材料以及使材料发生改变的介质。但专家认为，4D打印技术仍停留在研发阶段，尚不具备大规模应用的可能。
越来越热的3D打印概念让人眼花缭乱：只要有3D设计图纸，3D打印机就能够让它变为现实。就在3D打印还未能普及应用、仍处于试验阶段时，4D打印的概念又横空出世。
比起3D打印，4D打印则更为神奇：它直接把程序嵌入了材料中，能够让材料自动变形，使打印出来的零件实现自动组装，“就像是没有了电线和发动机的机器人。”4D打印概念的提出者斯凯拉·蒂比茨(Skylar Tibbit)说。
不过目前普遍认为，4D打印仍止于概念的阶段，要真正得到研发上的突破并转化为产业应用，还有一段很长很长的路要走。
核心技术是“自我组装”
4D打印的概念来自于今年2月26日在加利福尼亚举行的TED(科技、娱乐、设计)大会。大会上，麻省理工学院自我组装实验室的斯凯拉·蒂比茨(Skylar Tibbit)向观众们演示了这一神奇的技术。
4D打印技术的核心是“自我组装”。按照斯凯拉·蒂比茨的解释，自我组装是一种把各个无序的零部件组成一个有序的结构的过程，这一切都只通过材料自身的相互作用来完成。
怎样才能使材料自我组装?这需要特殊的材料以及使材料发生改变的介质。斯凯拉·蒂比茨说，可以使用被动式能源作为介质，比如热力、抖动、气压、重力、磁力等。同时也需要设计得非常巧妙的交互方式，而且这些交互方式可以纠错并让已成型的物体改变状态。
斯凯拉·蒂比茨演示了一段材料自动变形组装的视频。把一条用多种材料打印出来的链子浸在水里，它自我折叠成了字母M.I.T(美国麻省理工学院)。在另外一个演示里，一条链子浸在水池里后，它自动折叠变成了一个三维结构的立方体，没有任何人力的影响。在这里，使得材料完成自我组装的介质就是水。
这些演示简单阐释了4D打印的概念：同样是利用多种材料进行三维打印，但比起三维打印多了一种能力，就是变形。“一旦从车床上下来，这些不同的零部件就可以直接自发地变成其他的形状，就像是没有电线或者马达驱动的机器人”。
斯凯拉·蒂比茨介绍，他们正在与Autodesk(欧特克)合作开发一款Project Cyborg软件，可以模拟自我组装行为，并且优化某些部件在何时折叠变形的设计。“最重要的是，我们可以利用同样的软件设计纳米级的自我组装系统，以及人类生活中的自我组装系统。”
用于极限环境下的建造
斯凯拉·蒂比茨介绍，在微观纳米级上，如今的技术可以通过编程使物理和生物材料改变形状和属性。有一款名为cadnano的软件可以用来设计各种三维物体，比如纳米机器人或药物传输系统，以及利用DNA自我组装各种功能结构。
但是在宏观的人类社会生活中，还有很多问题没有被这些纳米级技术解决，最显著的是在建筑业和制造业。这些行业存在效率低下、能源消耗巨大、人工技能需求过多等问题，而自动组装技术可以在这些行业引发革命。
比如在铺设管道方面，4D打印技术就大有可为。斯凯拉·蒂比茨说，目前的水管都是固定容积、固定流量的，而且还要使用昂贵的水泵和水阀。人们把它们埋在地底下，如果有任何变动，比如环境变化、地基移动或者需求改变，就得从头再来，把它们挖出来再换新的。
但是如果能够应用4D打印技术，就可以省去不少麻烦。斯凯拉·蒂比茨透露，目前他们正与波士顿Geosyntec公司合作，开发一种新的管道模板。“想象一下如果水管可以膨胀或者收缩来改变容积、改变流量，甚至可以自己起伏蠕动来传输水，这就不需要昂贵的水泵或者水阀了，这是一个完全可程序化和自我调节的管道。”
斯凯拉·蒂比茨介绍，他所在的“自我组装实验室”致力于为实际生产环境开发可程序化的材料，而有的在短期内就能得到应用，其中之一就是在太空等极限环境下：他们正在为太空环境设计可以完全重置和自我组装的结构，可以自我转化成各种功能强大的系统。
不过，华中科技大学材料科学与工程学院副院长、中国3D打印技术产业联盟第一副理事长史玉升对它并不看好。他说，4D打印技术仍停留在研发阶段，尚不具备大规模应用的可能，而它传入国内的更像是一个神秘的概念。
“在3D打印尚受到技术和材料等因素的制约，还未转化为真正的产业应用的当前，4D打印概念依然很缥渺。”史玉升说。
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