4D打印，准确地说是一种能够自动变形的材料，只需将其放入水中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。4D打印是由MIT与Stratasys教育研发部门合作研发的，是一种无需打印机器就能让材料快速成型的革命性新技术。4D打印最关键是记忆合金。4D打印“延续了3D打印，并添加了变形维度”。

中文名

4D打印

外文名

4D Printing

概述

      所谓的4D打印，比3D打印多了一个“D”也就是时间纬度，人们可以通过软件设定模型和时间，变形材料会在设定的时间内变形为所需的形状。准确地说4D打印是一种能够自动变形的材料，直接将设计内置到物料当中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。4D打印最关键是记忆合金。4D打印由MIT与Stratasys教育研发部门合作研发的，是一种无需打印机器就能让材料快速成型的革命性新技术。大小形状可以随时间变化。

原理

为了充分应用这一新技术，Autodesk公司的研发团队进一步设计了新软件Cyborg，可以用于自我组装和可编程的模拟材料，实现设计的优化和材料的折叠。

传统而言，造物过程一般是，先模拟后制造，或者一边建物一边调整模拟效果。而通过硬件和软件的紧密结合，4D打印颠覆了传统的造物方式。

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。

评价

人们相信，4D打印不但能够创造出有智慧、有适应能力的新事物，还可以彻底改变传统的工业打印甚至建筑行业，与此前的3D打印相比，它将具有更大的发展前景。4D打印更为智能，物料可自行“创造”，简化了打印过程，但对打印材料有了更高要求。

Skylar Tibbits认为，4D打印让快速建模有了根本性的转变。与3D打印的预先建模、扫描，然后使用物料成形不同，4D打印直接将设计内置到物料当中，简化了从“设计理念”到“实物”的造物过程。让物体如机器般“自动”创造，不需要连接任何复杂的机电设备。

目前4D打印技术使用的材料只能感应水的刺激.

技术影响

与之前3D打印概念相比，4D打印具备更大的发展前景；因此，2013年2月28日，法尔胜盘中快速拉升封涨停，博云新材、西部材料、圣莱杰、博威合金等午后跟风涨停，而推动这些个股涨停的最主要因素，就是突然热炒的4D打印概念。

经济影响

分析师称该类个股多为游资爆炒，多家公司并未涉及4D打印3D打印技术尚不成熟，4D打印已风靡股市。经过数日游资爆炒，4D打印概念股表现依然亮眼。多只概念股昨日逆市上涨。概念股法尔胜连收三个涨停板，收报5.15元，累计上涨33.42%，其工作人员表示公司与4D打印无关。分析人士认为，市场近两年都热衷于概念炒作，投资者应该把握好买卖时机。

　　所谓4D打印技术，是一种能够自动变形的材料，该技术在2月底于加利福尼亚举行的TED大会上展出，颠覆了传统的造物方式，并引爆了A股的4D打印行情。因为前期市场对3D打印概念的炒作，中航重机一度在半个月内股价翻番，相关概念股均出现大涨，所以4D打印概念也令投资者热情高涨。由于其关键技术在于记忆合金，和相关材料的上市公司因此受到游资的青睐。

　　但多家上市公司都表示自己并非“4D打印概念股”。圣莱达、博云新材和西部材料先后发布澄清公告，表示公司尚未开展与4D打印技术相关的任何业务及研发工作，也未与任何企业或研究机构就此事进行过接触。记者昨日以投资者身份就此电话咨询了相关上市公司，法尔胜、新开源、安泰科技均明确表示公司没有接触4D打印和生产相关材料，氯碱化工、有研硅股的电话则无人接听。

　　博威合金则表示公司生产的材料与4D打印相关。其证券事务部工作人员告诉记者，公司生产的合金材料是4D打印技术的相关材料，但公司未接触过相关的企业或研究机构。

　　尽管多家上市公司否认涉“4D打印”，但该类个股昨日表现依然亮眼。截至昨日收盘，法尔胜涨停，圣莱达涨3.67%，英力特涨2.92%。此前发布澄清公告的博云新材和西部材料的跌幅逾5%。可见与之前爆炒的两个交易日相比，概念股的涨幅已经收窄，有些个股已经开始下跌。

　　数据显示，华泰证券股份有限公司江阴福泰路证券营业部昨日卖出法尔胜2035.39万元，近三个交易日共卖出2454.37万元；中信证券（浙江）有限责任公司嵊州时代商务广场证券营业部、光大证券股份有限公司余姚阳明西路证券营业部近三个交易日的卖出金额都在千万元以上。

技术应用

美陆军首席技术官格雷丝·博赫内克指出，4D打印“延续了3D打印，并添加了变形维度”。其想法是，当处于不同环境下，比如水中或者极端温度下，3D打印出来的部件的性能可以随之改变。博赫内克表示，防弹衣未来可能会采用4D打印技术。陆军在过去十年中一直在努力满足防护服的双重需求——既有保护作用，又足够的轻盈，不会给士兵增加负担或限制动作。利用4D打印，科学家未来可能开发出轻薄小巧的防弹衣，便于储存和携带，但也可以伸展开并提供全面的防护。

2017年4月27日，美国宇航局NASA最近开发出了一种全新的4D打印技术，通过这种技术可以制造出一种“链甲”来保护飞船不受流星的冲击。[1]

2017年6月6日，第四军医大学西京医院通报，该院成功实施了世界首例计算机辅助4D打印生物可降解材料填充物乳房重建手术，为乳腺癌乳房切除患者带来新的重建方式。[2]

优势

随着3D打印从概念转入生活化，4D打印的发展步伐也在日益加快，市场蓝图已经徐徐打开。那么，在科技迅速发展的当下，4D打印作为传统制造业的变革方向和新技术创业者的契机，又具有哪些独特的优势呢？[3]

大幅降低制造成本

　　不论是现代制造技术，还是基于工业4.0、中国制造2025的新制造技术，对于生产复杂或者个性订制产品来说，无论是制造还是组装成本都是偏高的，甚至还会随着部件的复杂程度同比例上涨。而在4D打印技术支持下的产品制造，部件与产品本身结构的难易程度将变得不再重要，因为通过对整体产品不同部件进行的一体化打印以及可变形自组装将让组装成本化整为零，最大限度地降低产品的生产制造成本。

个性化订制成本不变

　　在当前的制造技术与环境下，小批量订制的成本还是处于一个比较高的位置，更别说私人订制，其成本或许要以艺术品的角度来看待。随着4D打印技术的介入，私人订制的成本将与传统的批量化制造画等号，甚至更加低廉。因为在传统制造中被认为是很复杂的结构、工艺，到了4D打印面前，都将变得简单化，尤其是成本不会受部件的复杂程度而波动。

取代人工组装成本

　　4D打印的产品部件将不再需要厂家或用户自行组装。厂商根据用户的需要，将所制造的产品运送到指定地点放置好后，用户在需要的时候直接给予介质触发，打印物就会实现自动组装，这就取代了当前依赖于人力进行组装搭建或拆解的方式，人力成本也将由此得到释放。

零库存的生产方式

　　对于生产制造企业来说，所有的商品即是资产，同样也是其资金成本的核心部分，一旦销售周转放缓将直接导致资金周转率降低，进而影响利润。通过4D打印进行的生产制造将有效缓解这个问题。厂家根据消费者的想法随时提供产品设计、打印制造的服务，做到“即买即造、即造即销”，真正取代传统的库存销售方式。

放大创意空间

　　对于很多设计师而言，最痛苦的就是创意很丰满，现实制造却很骨感。而4D打印技术可以毫不夸张地说，但凡设计师能描绘出来的创意构想，都能不折不扣地得到实现，真正做到让创意设计的价值获得充分实现。

降低制造专业性

　　当前的制造不论是简单或复杂，都在一定程度上对生产工人提出了专业和熟练要求，尤其是一些专业性要求高的制造领域，其对于工人的专业技能和熟练程度都提出了较高的要求；而且技术的培养都需要经过多年的训练和沉淀，中间还存在所培养技术人才流失的较大风险。4D打印技术的应用，大大降低了对于复杂制造部件的专业技能要求，并且可以帮助我们承担相当部分的“高难度”工艺制作，从而有效降低制造的专业门槛和人才流失风险。

有效简化制造环节

　　大部分的产品通常都是由多个零部件组装而成的，而不同零部件则需要不同的设备为其配套制造。所以对于厂家来说，这不仅占据了较大的场地空间，投入成本也是水涨船高。4D打印技术则全然不同，它只需一台打印机，根据不同的材料以及用户所设定的不同部件形态直接打印不同的部件或整体产品。若是部件打印，则可以通过自我驱动组装。

不良率将成为过去式

　　传统制造企业最常规的生产制造考核指标就是对不良产品生产率的控制，这也是决定着企业经济效益的关键指标。在4D打印时代，不良率这个名词在生产制造过程中或将走向历史的终结，而决定着产品能否满足用户需求的关键将被转移至设计端。也就是说未来决定产品是否合格的关键要素不再是制造环节，而是设计环节，由设计师决定。

材料无限组合

　　对于当今的制造技术来说，将不同原材料结合成单一产品是件比较困难的事情，因为传统的制造机器在切割或成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。尽管多种材料的混合注塑在一些领域已经被应用，但其成本与不良率都相对较高。4D打印技术的出现将让这一现象得到改变，在4D打印过程中，我们可以将多种不同材料通过同一台设备进行混合打印，不论是塑料、金属或是其他的合成材料，这也意味着在不久的将来一台完整的可变形汽车将直接通过打印的方式生产制造出来。

批量一致性堪称完美

　　尽管现代制造技术借助于模具在一定程度上保障了产品生产的一致性，但还是难以获得一致精准性的百分百保障。4D打印技术将让产品“复制”获得彻底解决。依托于4D打印技术，批量生产就如同复制数字文件般简单，而其一致性也将如同数字化复制般一致。不论是大批量或是小批量，4D打印技术都能有效保障其一致性。

技术案例

     2016年8月,某患乳腺癌的患者在西京医院接受治疗。当时肿瘤的大小超过了6cm,尽管实施了新辅助化疗,但仍只能实施乳房全切。专家决定为其实施计算机辅助4D打印生物可降解材料填充物乳房重建手术。

2016年3月，曲江妇产医院联合空军军医大学3D打印研究中心（原第四军医大学3D打印研究中心）与西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室利用世界最先进的4D打印技术，成功为一名先天性阴道闭锁的患者实施阴道成形手术，患者术后恢复良好。据权威机构证实，该手术在国际尚属首例。这一世界前沿技术的成功应用，填补了4D打印技术在妇产领域应用的空白，“唐都智造”迈入了4D时代。

来源：3d科技

编辑：董强