所謂的“4D打印”比傳統(tǒng)的3D打印引入了一個新的維度：時間，指的就是物體外形隨著時間流逝，按照期望的路徑發(fā)生改變。

　　其實(shí)4D打印技術(shù)并不是新鮮玩意兒，只要是具有“形狀記憶”功能的材料都會在特定外界刺激條件下發(fā)生形變，即所謂的獲得一個外界“觸發(fā)器”。但是，這個新技術(shù)的特點(diǎn)是形變速度極快，只需幾秒鐘的時間，而且使用的記憶材料可以承受巨大形變。

　　你一發(fā)燒，藥物就自動釋放出來

　　研究這項技術(shù)的主要團(tuán)隊成員包括SUTD大學(xué)的葛锜(Qi “Kevin” Ge)教授、MIT“納米光電與3D納米制造實(shí)驗室”的方絢萊(Nicholas X. Fang)教授、羅格斯大學(xué)Howon Lee教授及其他來自SUTD大學(xué)和佐治亞理工學(xué)院的研究人員。相關(guān)論文已經(jīng)在8月8日發(fā)表于在線科學(xué)雜志《Scientific Reports》上。

　　以下是該4D打印技術(shù)展示的樣品，這個小型的埃菲爾鐵塔在常溫下是彎曲的，但是在稍微受熱之后，幾秒鐘之內(nèi)就恢復(fù)到了原來的形狀。

　　4D打印、快速形變、溫度觸發(fā)器，這些特性使得該項技術(shù)將在太陽能、醫(yī)學(xué)和太空等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。比如，制作出一個軟性驅(qū)動器，調(diào)節(jié)太陽能電池板與太陽光線的角度;或者制作微型藥物膠囊。

　　方絢萊教授說道：“我們最終是想利用人體溫度作為觸發(fā)器。如果我們恰當(dāng)?shù)貙@些聚合物進(jìn)行設(shè)計，就可以制作出一種藥物傳送載體。而只有當(dāng)人發(fā)燒、體溫上升的時候，里面的藥物才能被釋放出來。”

　　研究團(tuán)隊還設(shè)計出了一個“小爪子”，他們先把小爪子打開，然后將其周圍空氣溫度升至40ºC，然后小爪子就迅速收縮，抓住了下面的物件。

　　更特別地是，小爪子還十分“溫柔”，可以靈敏地抓起魚卵，甚至是豆腐等物體。

　　關(guān)鍵：“微立體光刻”+新型復(fù)合材料

　　其實(shí)很多研究人員曾試圖用3d打印機(jī)制作出形狀記憶物體，但是由于制作過程還停留在毫米的水平，所以就限制了材料恢復(fù)的速度。

　　方絢萊教授的這種技術(shù)里，使用了高分辨率投影的“微立體光刻”(Microstereolithography)技術(shù)，在微米級的水平上進(jìn)行物體的設(shè)計(1毫米=1000微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的直徑)，這種技術(shù)使得材料的恢復(fù)速度變得極快。

　　方絢萊教授說道：“事實(shí)是，如果你能夠在更微小的水平上制作，那么這些材料就會在幾秒內(nèi)快速恢復(fù)。以自然界的花朵為例，一朵花可以在幾毫秒的時間內(nèi)釋放出所有的花粉，這是因為它的觸發(fā)機(jī)制是在微米量級上發(fā)生的。”

　　與此同時，研究人員也一直在尋找理想的聚合物組合，來做出一種形狀記憶材料，以適應(yīng)其光刻圖案。他們選中了兩種聚合物，一種形狀像是彎彎曲曲的意大利面，另一種交錯縱橫，像是建筑工地上的腳手架。他們將兩種聚合物混合在一起，所形成的新材料可以承受巨大的拉伸和扭曲，而不會損壞。

　　這種新型復(fù)合材料的特點(diǎn)是：可以承受巨大的形變，可拉伸至原有形狀的3倍，這比現(xiàn)存的任何可打印材料的變形程度都要大。

　　更重要的是，新材料可以“彈回”至原來的形狀，即剛從打印機(jī)里出來時的形狀。當(dāng)它暴露在40-180ºC溫度下時，能在幾秒內(nèi)利索地恢復(fù)原形。