从起点到起点 4D打印让材料上演“百变秀”
- 2015-09-29 15:09:366541
在传统的思路模式和制造工艺条件下，当设计过程中需要检验产品不同部分的状态、配合度和功能性时，就需要由熟练的工程师借助于劳动密集型的车间以及相关的技术，来创建产品的功能原型。而为将产品原型推进到商业批量化阶段，也就是我们所说的从研发转换到了开发阶段，在这个阶段通常需要经历半年至一年的周期。在当前的商品制造技术条件下，这是一件非常平凡的事情，就以我们所熟悉的iPhone来说，每一代的开发周期都需要经历至少一年的时间。
不仅如此，开发一款产品花费几百万甚至千上万美元、欧元的情况也并不少见。尤其对于一些精度要求高，零部件结构复杂的产品而言，其成本与复杂程度呈比例增长。相较之下，应用3D打印技术，其制造过程不受产品结构的难易程度影响，产品成本也不会随产品的难易程度成比例增长，这就致使整个产品设计制作的过程变得非常迅速而便捷。同时，这也就大限度地降低了产品的设计制造成本。
当我们还沉浸于3D打印技术带来的变革红利的时候，4D打印技术已经让快速建模、商品组合方式等产生了根本性的转变。相较于3D打印技术的预先建模、扫描，然后使用物料成形，4D打印技术则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。让物体如金刚般“自动”创造，在简单的基础打印之后，便不再需要连接任何复杂的机电设备就可以自行创造出所需的预设产品。
就如所有物体都因为时间而存在一样，物体形状的改变也需要时间。在时间的维度下，利用特别材料加工的物体，在一些外界激活因素的作用下，其形状能够自行发生改变。与3D打印的预先建模然后使用材料打印不一样，4D打印的逻辑是，先用3D打印机打印出一种刚性的智能材料，然后将这种材料与上述外界激活因素结合，从而按照预先设定的路径完成物体形态的改变。
传统而言，造物过程一般都是，先建模后制造，或者一边设计一边调整模型效果。而通过硬件和软件的紧密结合，以及多产品重组合方式的叠加，4D打印技术可以说是从根本上颠覆了当前的生产方式。尽管当前的3D打印技术让造物变得简单、快捷、，而且还十倍百倍地压缩了造物成本。但4D打印技术则是对3D打印造物方式的再次升级，化传统造物工艺于无形，让产品根据不同的环境要素进行自变化。
“4D打印”的核心就在于创造出能够在打印出来之后发生形变的物体，让它们进行自我调整、组装、变形。由此一来，就构建了其与3D打印之间一个非常关键的区别，也就是对于4D打印来说，打印将不再是创造过程的终结，而是仅仅成为一个转向点，一个起点。
“我们这里所说的是，你设计了某些东西，打印出来，它还能够进化，”美国麻省理工学院4D打印项目研发负责人斯凯拉·蒂比茨表示，“这就像把智慧植入到了材料当中。”一辆车将能够应付下雨天，一个咖啡杯也可以根据咖啡的不同温度做出调整，正如蒂比茨对TED的听众所说，“想象一下如果水管能够自己膨胀或收缩，或者甚至自己起伏波动来传送水流。”