作者：沙咏杰

你还在为3D打印的产品而啧啧称奇吗？

3D打印已经是过去时了，现在最新流行的是4D打印！

从2D到3D再到4D，每一级都增加了一个D，即打印出来的物体增加了一个维度（dimension）。

人们都接触过2D打印，比如在平面的纸上打印文档，3D打印则是加上了一个立体的维度，可以打印立体的物体，而4D打印增加的维度，则是时间！

没错，4D打印就是时间打印。

听起来很神奇，我们接着往下看。

一、时间打印：打印随时间变化而变化的物体

4D 打印就是把产品设计通过3D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，无须人为干预，不需要连接任何复杂的机电设备，便可按照事先的设计进行自我组装。通俗一点的说法是，4D 打印能够打印出随时间变化而改变的物体。

举个例子，未来，利用4D打印技术打印出来的椅子最开始可能就是一块方便运输的平板，但只要给予适当的条件并加以等待，这块平板就能够自己变身成我们所习惯的椅子；而利用4D打印技术打印出来的鞋子能够适应不同的脚型并自动改变大小，而且能够根据不同的场景改变形状，比如下雨天自动变成雨鞋等。

二、技术进展

在微观世界，这种自我组装的技术并不罕见，比如蛋白质分子按照基因密码的预先设定，组合形成各种细胞和组织。而4D打印技术便是将之宏观化，其中对其作出最大贡献的，是麻省理工学院自组实验室的Skylar Tibbits，他也是公认4D打印的发明者。

最开始的时候，Skylar Tibbits用3D打印机设计了一组由嵌入式磁铁制成的零散部件，将部件扔进烧瓶里，用力摇晃，瓶中的部件就像有了生命一样，自动组装成了一个病毒的3D模型。

几个月后，Skylar Tibbits见到了3D打印巨头Strasys公司负责人，他们刚刚发明了一种可以在水中变形的高分子聚合材料。借助软件设计，Tibbits将这种可延展的材料和其他一些材料混合，打印出了一根细细的小棍，并拿着它参加了2013年的TED，将这根小棍放入热水中后，小棍按照事先设计好的组装方案，慢慢扭曲变形成麻省理工学院的缩写字母“MIT”。

2015年1月，在美国CES消费电子展上，Tibbits利用模型设计软件设定的时间和组合样式，让2279块3D打印机打印出来的三角模块，在水中慢慢自合变形成了一件镂空的连衣裙。此外该裙子就解决了不合身的问题，并且会根据穿戴者的体型情况进行自我改变。此外，其还可以自动变化造型，并随人体形态而变化，即使变胖或变瘦，4D裙也不会不合身。

Tibbits和他的团队还打印出了世界上第一双4D鞋，可以根据人脚的形状和大小自我调节，附有弹性的材料可以让制鞋的成本缩减到最小。

此外，澳大利亚伍伦贡大学电子科学ARC实验中心也是4D技术的重要引领者，他们在不断的测试中寻找各种刺激下影响的合成物质，目前已经取得许多重大进展，已经应用于医疗、军事、汽车和机器人制造。

美国军方也已经投入重金在美国三大高校研制自组装武器和工具，尤其是材料的4D打印自伪装技术。并在先进的战斗机上运用了4D打印的油路，现在空中客车公司也准备将这种技术引用到民用客机上。

三、4D打印的影响

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，能够创造出有智慧、有适应能力的新事物。4D打印，将改变社会生产方式。

未来，大部分的商品将不需要借助于工厂进行生产，而是依靠4D或 3D打印机打印。用户可以根据自己的想法打印各自所需要的产品，当然也可以将自己的一些创意通过产品的形式打印出来，并借助于信息工具完成传播、交易等。而到那时个人用户所扮演的角色是一种多元的角色，既是消费者，也是用户，也是生产者。

而如今的商超与电商平台到那时将失去存在的必要。

四、4D打印技术瓶颈

虽然4D打印的优点和前景是显而易见的，但想完全实现却也是困难重重。

首先，“催化剂”的问题。

在Tibbits团队的实验以及之后一些4D打印技术研发项目中，所有触发变形材料变形的“催化剂”，都是水。水作为“催化剂”虽然很常见，成本也很低，但4D打印技术要想进一步普及，就必须开发出更多的“催化剂”，比如声、光、电、热、震动，这样4D打印的适用范围才能足够大。这就需要开发出种类更丰富的智能材料，不仅能响应水的刺激，也能够响应其他的外部刺激。

其次，4D材料在刺激过程中的刺激量是多少，刺激时间是多少，专家目前都无法做到定时定量的答复。

然后，3D打印本身也是难题，目前大多数3D打印机规模相对来说都很小，如果要打印一栋大楼，就必须使用大型材料，以及高精度且可靠性较高的大型3D打印机。这种3D打印机并非不能制造出来，但以现在大型3D打印机动辄数百万元的成本，制造适合4D打印的3D打印机，造价将非常昂贵，在成本上不可能达到普及应用的水平。

此外，时间也是4D打印的一大敌人，Tibbits最初让小棍变成“MIT”的实验，花费了近1个小时，打印那条镂空连衣裙则用了48个小时，以此计算，打印一栋大楼，需要多少小时？另外，变化过程也非常缓慢，如何加速这个变化过程？

还有，4D打印的成品如何再回到打印前的形状，如一个4D打印桌子，如何让它再回到平面状态，便于携带？

最后，变形后稳定性也是问题，比如，4D打印的椅子可以自成形变成椅子，但面对后期的磨损和折损，4D打印椅就不能继续保持良好的椅子形态，这是技术上的障碍之一。

与已经开始应用的3D打印技术相比，4D打印技术仍处于概念阶段，诸多技术瓶颈仍然没有有效的解决方法。

但在20多年前，3D打印也同样被认为是一个科幻概念，而如今，它已经被大范围地应用于生产生活当中。

4D打印从概念变成现实这是注定的，而悬念仅在于其何时才能真正普及。

五、投资人怎么看

纪源资本的李宏玮认为产品一旦被打印出来就能改变自己形状和规格的4D打印并不遥远。

还有人表示，4D打印技术面临的推广障碍和3D打印技术相似，即打印机的规模太小，当然这一问题可以得到解决，但这需要时间。

目前行业只有规模和型号较小的打印机可以使用，难以打印一些大型的材料。

还有，4D打印使用的高精度打印机器价格十分昂贵，尽管这些机器非常优越，但这也阻挡了普通消费者使用该技术，因此，4D打印技术的推广需要更多更加大众化的打印机器。

此外，行业从业人员还需要研发更多大众化的智能材料。目前仅研发出了以水为外界激活因素的智能材料，将来还需要打印更多以其他媒介为激活因素的智能材料。

4D打印技术的产业化应用确实还需要一个过程，但这并不意味着技术性的障碍是阻碍4D打印推广的主要原因。

4D打印现在已经具备了可应用性，已经出现了可用于生产的打印机器，也有可用于打印的智能材料，完全可以打印出产品。

如果企业愿意投资，并愿意应用这种技术，那么应该很快就可以实现产业化应用。

不过，对4D打印技术而言，比推广应用更难的是如何打印出大型的产品。可以说，如何“打印”出一座房子，比如何大规模推广应用此类技术要难得多。

六、金牌顾问的看法：4D打印必将成真

2013年2月26日，Skylar Tibbits展示了4D打印技术，2月28日法尔胜、圣莱达、西部材料、博威合金、博云新材等5只4D打印概念股涨停，尽管西部材料、博威合金发布澄清公告，但3月1日仍有多股开盘继续涨停。

由此可见，股市对于话题和新技术的饥渴是多么强烈。

但当时，不少媒体也认为这次炒作纯属概念性，并无太多实质性的内容存在。

2015年，当Skylar Tibbits打印出一条裙子后，人们发现4D正越来越走向现实，起码不是昙花一现的忽悠。

4D打印相比较3D打印而言，未来的市场规模预期更为广阔，因为它可以直接深入到人们的生活之中，和人们的衣食住行紧密相连。想像空间之大，让人情不自禁就会为之疯狂。

回顾历史，任何一项新技术都是由粗糙、青涩、昂贵开始，但最终都会走向普及，所有关于成本、成熟度等担心都是没有必要的，也无足轻重。

金牌顾问认为，如果真要担心什么，那就唯一的问题就是材料！

因为相比较于3D打印而言，4D打印对所需材料的要求更高。

首先，4D打印所需要的并非一般的普通材料，而是带有记忆功能的智能材料，是一种能感知外部刺激，并能够通过判断而进行自我变形、组装的新型功能材料。

其次，该材料不仅具备3D打印材料的那种可打印性，还要具有传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自我变形能力、自我组装能力、自我诊断能力、自我修复能力和超强适应能力，以及快速响应的变形、组装能力。

目前，4D打印物还只能感应到水的刺激。换而言之，目前的触发介质还只是局限于水。

而伴随着科技的进步和技术的发展，我们势必能在未来的某一天，借助于光、声、热、水、气、温等任意触发介质，实现对材料自我变形的触发的时候。