4D打印是一个相对较新的概念，它扩展了3D打印的概念，通过加入时间这一维度（作为第四维）来制造能够随时间改变形态的物体。具体来说，4D打印是通过使用特殊的材料和设计策略，制造出能够在受到某种刺激（如温度、湿度、光线或其他环境因素）时自动改变形态的物体。
以下是4D打印的主要特点：
智能材料：4D打印使用的是一些“智能”或“可响应”的材料，它们能够在受到特定刺激时改变自己的形态或性质。
时间因素：这些物体不仅仅是在打印完成后保持静态的。相反，它们是设计成在后续的某个时间点，通常是在受到某种外部刺激时，进行形态的变化。
多功能性：这些打印出来的物体可以根据外部环境或使用需求进行自我调整和适应。
4D打印的潜在应用非常广泛，从医疗设备、建筑、服装，到机器人学和更多其他领域，它都有可能带来巨大的变革。例如，可以设计出能够根据天气变化而自动调整形态的衣物，或是能够根据土壤湿度而调整形态的植物支撑结构，以及能够在体内释放药物的可响应植入物等。
随着时代的进步，4D 打印技术正逐渐走入我们的视野。这种技术又被称为变形系统，它将时间作为 3D 打印的第四维。利用这些特殊的材料，它们能够在遇到热、光、湿度、电流或压力等外部因素时改变形状或特性。设想一下，高科技纺织品根据湿度变化透气性，或是管路系统能够随温度波动膨胀或收缩。尽管 4D 打印技术还在早期阶段，但其潜在对众多行业的影响是不言而喻的。为此，我们采访了多位增材制造领域的权威。
医疗领域
传统的医疗植入件受到其固定结构的局限，而 4D 打印则打破了这一局限。因为其具备变形的特性，植入件能够随着时间流逝与患者身体更好地融合。例如，医生能够制造出能扩张和收缩的牙科植入件，以适应患者的口腔结构。
来自 Nissha Medical Technologies 的制造专家 Robert Jones 表示，4D 打印的潜力并不仅限于植入件。他表示：“这项技术可以非常精确地控制体内药物释放。”研究已经显示，科研人员正在开发针对刺激响应和特定药物输送的 4D 打印水凝胶。这种水凝胶能够感应患者的体温、pH 值、血压或某些特定酶，并在适当的时间和地点释放药物，对于需要实时药物供应的病人，这无疑是一项巨大的进步。
航空航天
4D 打印在航空航天领域具有巨大的潜在价值。其变形部分可以使飞行器更好地适应不同的飞行环境，从而减少风阻、提高性能和效率。据康考迪亚大学研究，4D 打印制造的无人机翅膀能够应变，弯曲幅度可达 20 度，极大提高其飞行效率。此外，4D 打印材料还能助力于研发卫星和宇宙飞船的轻盈、灵活结构，从而降低空间探索的成本和难度。
APAPTA 的主管 Adrian Nordtomme 认为，4D 打印不仅仅会影响航空航天行业。他提到：“利用电流，而非热或光，作为刺激源进行4D打印可能会带来很大的好处。这将对汽车、航空和船舶制造行业产生深远影响，特别是在空气动力学结构调整方面。”
服装行业
利用变形系统，设计师将能制造出能够根据环境变化和穿戴者需求进行调整的衣物和配件。众多研究团队和品牌，例如阿迪达斯，已经开始探索 4D 打印鞋的制造。这些鞋旨在适应每位用户的脚型和行走习惯，从而提供卓越的舒适度和性能。运动员可能会因此获得更多竞技优势。
Hubs 的 3D 打印专家 Robin Brockötter 分析了 4D 打印对时尚界的潜在影响。他描述：“设想一下，一件外衣能根据冷热调整厚度，或者户外装备能在人体出汗时增强其通风功能。同时，4D 打印制造的连衣裙能根据穿戴者的移动调整其纹理和形态，展现出动态、多变的设计风格。”
家具行业
4D 打印使得家具自我组装成为现实。消费者无需繁琐的安装步骤和工具，仅需观察家具自我形成的过程。这种组装方式不仅省时省力，还使得家具更加普及。为更好地理解这一概念，大家可以查看麻省理工学院关于自组装立方体的演示视频。
Hubs 的机械专家 Francesco Rivalta 认为变形技术将彻底改变家具行业。他说：“这可能比平板包装家具更具革命性。设想只需用吹风机即可组装成一张椅子。”
包装领域
4D 打印能够创造出对雨、冷热等环境因素具有高度适应性的包装材料。此外，该技术还能使包装过程自动化。琼斯基于自己在 Nissha Medical Technologies 的经验指出：“药品在运输过程中经常面临温度过高或过低的问题。4D 打印制造的智能包装能自动调整其内部空间来维持恒温。”
结论
4D 打印是一个巨大的创新步伐。尽管它仍然处于早期研究阶段，但其潜在价值已经为众多行业所认可。这项技术预示着一个更加智能、高效的未来，将在许多领域中发挥其独特之处。