3D打印，這個已經發展超過20年的技術，最近兩年突然成為熱得發燙的名詞。它已經從極客(技術狂人)在實驗室里的玩具，進入正兒八經的制造業。而它的身后，4D打印也要來了。

3D就是三維立體。3D打印直觀上的解釋就是打印出一件立體的東西。4D呢?三維再加一維。這一維可以是很多東西，通常指的是時間。問題是，時間看不見、摸不著，如果一切都沒什么變化，你甚至無法感知時間。所以當我們談時間時，談的其實是變化。關于時間的恰當解釋是：宏觀上物質狀態不斷變化的過程。

4D打印的意思就是先用復合材料進行3D打印，對于打印出來的物品，我們賦予它一種新的能力—這就是變化。這是4D打印概念的提出者、美國麻省理工學院的研究科學家斯凱拉·蒂比茨(SkylarTibbits)給出的解釋。

在今年早些時候的一次美國TED(技術·娛樂·設計)演講中，蒂比茨首次提出4D打印概念。他說的變化能力，叫做自組裝(Self-Assemble)，也就是物體不經過人為控制，自動變成預先設計好的形態。不過，光有概念是無法打動人心的，到底他說的自組裝是什么意思?3D打印出來的物品究竟會怎樣自組裝呢?

在演講中，蒂比茨演示了兩個已有的4D打印成果，幫助觀眾理解自組裝是怎么回事。第一個是脊髓灰質炎病毒的模型。該模型放在瓶子里，蒂比茨晃動瓶子，劇烈的震動讓“病毒”散架了。但當他停止晃動時，神奇的事情發生了，本來已經散架的模型又慢慢回到原來的樣子。

可能有人要問：不是說好無人干擾嗎?晃動瓶子可不算啊。好吧，說的也在理兒，但恢復成蛋白質結構時確實沒有人為干擾。蒂比茨接下來給出的一個例子或許更有說服力—這是一條看起來像鏈子的東西。把鏈子放進水里后，它變成了連在一起的“MIT”字母形狀，也就是麻省理工學院(蒂比茨所任職大學)的英文縮寫。另一個演示是把鏈子浸在水缸里，它自動折疊成了一個三維立方體。這些過程沒有任何人為干擾，這條鏈子自發變成了一個人為設計的形態。顯然，它肯定經過事先的“編程”處理。

對于這種“編程”，蒂比茨沒有在演講中透露更多細節，但從他的例子中我們可以得出一些基本結論：為了完成自組裝，我們首先需要特殊的材料。這種材料很可能是納米級別，它對某種外界影響非常敏感，比如重力、壓力、熱量、磁性或者水之類的具體物質，再通過模擬程序，演算出現實環境中材料的變化情況，以此調整材料的組成和結構。于是當它遇到敏感源時，就能與之互動，最終變成事先設計好的形態。

目前，4D打印還是一個概念，并且這個概念并不新。實際上它的核心技術—“自組裝”，在自然界里隨處可見。DNA(脫氧核糖核酸)復制、RNA(核糖核酸)轉錄、合成蛋白質，這些生命的延續過程，實際上都是自組裝，而且非常精密，和計算機有得一拼，遠不是目前納米材料的特性所能比的。

在TED發布4D打印的演講視頻后，很多人在討論自組裝的技術原理是什么，但更多的人可能會說：“一根自動變成MIT字母的鏈子?嗯，這聽起來很酷。但，它能幫我干什么呢?”只需要想象一下，你從“宜家”買回一把椅子(我們都知道那其實是一堆零件)，當你拆開包裹后，它就開始自己組裝，然后慢慢變成一把真正能讓你坐上去的椅子。而整個過程，你只需要當一名合格的觀眾，站在一旁觀賞即可。

當然現實還沒發展到這一步。目前蒂比茨的計劃是與波士頓的Geosyntec公司合作，開發一種新型水管。這種水管可以根據水流變化自發膨脹或者收縮，改變流量，甚至可以通過蠕動來推動水流。這意味著，它可能不需要管道疏通，也無需水泵或者閥門，這是一個完全可程序化和自我調節的水管。想想現實中那些脆弱的管子吧，如果能讓它們不那么容易出狀況，就足夠讓人興奮了。

3D打印目前相比傳統制造技術，并無特別巨大的優勢。但在極端環境下，我們現有的制造技術則劣勢明顯。它所需的設備可能過于龐大、危險、昂貴或太過復雜，而升級到4D打印技術就會有明顯的好處。太空就是一個很好的例子，傳統制造技術在太空中極難發揮應有的功效，但那里卻是自組裝技術的好舞臺。無重力是一個很好的激活環境。蒂比茨聲稱自己正在針對太空環境設計可以自組裝成型的結構，進而轉化成各種功能強大的系統。

如果我們想得更遠，會發現自組裝技術會讓物流成本直線下降。“宜家”每次都寄一堆零件讓我們自己組裝，原因就是這樣節省運輸成本，并且在運輸過程中貨物不易損壞。但如果貨物都實現了自組裝，它們就可以非常規則地裝箱，甚至就是一塊平板。這時體積就不再是限制，集裝箱可以成倍輸送貨物。結果就是快遞費大減，這可能遠比制造業革命更讓普通消費者關心。再遠一點，鋼鐵俠的變形盔甲?終結者里的液態機器人?好吧，有點想太多了。

在科學界，模仿生物自組裝的研究很常見。至少在6年前，同樣是來自麻省理工學院、同樣站在TED演講舞臺上的科研人員尼爾·格申費爾德(NeilGershenfeld)，就介紹過類似于自組裝的研究，其間他也用特制材料自動組成了字母MIT。這位麻省理工學院“比特和原子中心”的頭兒，來頭遠比蒂比茨大。他和同事成立了一個微觀裝配實驗室，對特質材料的零件實施編碼和模版構建，使其完成自我復制，而生成物的尺寸，可以小到納米大到房子。后來格申費爾德還開了一門課叫“怎樣制作任何東西”。

這個點在3+1。所謂的自組裝，也就是4D里的第四維，是建立在前三維的基礎上。也就是說，已經有了成型的3D制品，才在它身上加上變化的能力。蒂比茨沒有做概念上的創新，但他做了一個組合。這個組合最核心的價值在于改變制造業—“重塑這個世界”，這是蒂比茨喊出的最響亮口號。

如何重塑世界?改變制造業?怎樣改變制造業?降低制造的復雜度。4D打印也許能做到。當今制造業殘酷的現實是，組裝零件和制造流程非常復雜，以至于任何一張工業設計圖紙都不是“正常”人類能看懂的。其實很多構造都是為了滿足復雜的現實情況而設計的，是為了讓產品在現實世界里更可靠，不得已而為之。但如果能夠讓材料自動適應環境，則制造工藝的復雜度很可能大幅降低。這才是4D打印概念最吸引人的地方。

在這一概念被提出后，很多科研人員跟進了這個研究。美國軍方似乎也看到了前景。最近美國陸軍研究辦公室就資助了一個研究團隊關于4D打印的研究，團隊成員是分別來自匹茲堡大學、哈佛大學和伊利諾伊大學的各領域專業人士。

想象一下，軍方的需求可能是一種裝甲車涂料，適應潮濕環境，保護車體免受腐蝕，也可能是一種軍服，可以根據環境有效偽裝，或者更有效地防御毒氣攻擊。而研究團隊的解決方案則是，運用內含“刺激敏感型”水凝膠的響應填料，加上精確的3D打印技術，制造一種感光后能改變顏色、根據溫度可改變透氣性的衣料。在烈日下的森林，這件衣服接收到綠光后即變成綠色，加強了偽裝，并且分子變得稀疏，衣服變得很透氣……讓人不禁感嘆美國大兵的日子越過越舒服。

假如4D打印技術最終能從象牙塔中大規模走上應用前臺，它將使硬件得到更多創新性應用，使產品隨機應變地滿足更多極端要求，未來將有種種神器“想我所想、急我所急”。