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    用於4D打印的材料係統
    （Nanowerk聚光燈與3D打印創建靜態對象相比，4D打印係統將時間作為第四個維度添加到3D打印中:4D打印允許3D打印結構隨時間改變其配置或功能，以響應外部刺激，如溫度、光、水、pH值等。
    4D打印，仍處於起步階段(該術語於2013年首次引入在TED演講中)，已成為增材製造的一個令人興奮的分支，並吸引了來自不同學科的學術界和工業界的巨大興趣。
    其基本思想是在納米和微觀層麵上操縱材料，以便通過3D打印生產出可以在宏觀層麵上隨時間改變其結構的材料。
    如下圖所示，基於4D打印技術，3D打印的物體從納米尺度到宏觀尺度都可以製作成智能設備、超材料、折紙等，用於原型機、航空航天、生物醫學等各種功能應用。
    文本
    4D打印，簡稱3D打印+時間，是指在內部刺激下，使用不同材料打印後，形狀或功能隨時間的演變，例如將4D打印的平板自動折疊成盒子。展示了4D打印所涉及的元素和類別。1) 3D打印技術:FFF、DIW、DLP、SLS、噴墨、SLA。2) 4D打印的刺激:熱、光、水、pH、化學、磁場。3) 4D打印材料體係:單個SMP、液晶彈性體、複合水凝膠、SMP複合材料、SMP多材料等多功能材料。4) 4D打印的應用:折紙、智能設備、智能包裝、超材料、組織工程、生物醫學等。(由Wiley-VCH Verlag授權轉載)
    最近一篇文章先進功能材料（4D打印技術進展:材料與應用)通過強調機製和潛在應用，回顧了4D打印中使用的材料係統。

    三維打印變形材料由單一材料
    實現4D打印最簡單的方法是3D打印單一智能材料。目前應用最廣泛的單一智能材料是形狀記憶聚合物(SMPs)和液晶彈性體(LCEs)。
    SMPs是一組聚合物，可以保持暫時的形狀，並在外部刺激(如熱或光)的存在下恢複其初始形狀。帶有液晶分子的側鏈或主鏈lce(或介元)在外界刺激下沿介元方向發生較大的收縮。
    因此，4D打印可以通過分別打印單向驅動或雙向可逆驅動的單個SMP或LCE來實現。

    4D打印的多材料和複合材料
    4D打印最廣泛使用的多材料係統包括水和熱響應複合材料水凝膠、纖維增強或雙層SMP複合材料、多材料SMP和脫溶誘導多材料。在後者中，可以利用剩餘未反應組分的脫溶體積收縮來實現形狀變化。
    在多材料結構中，本征應變可由環境刺激產生;這些特征應變依賴於不同材料的相對位置和體積分數，可以驅動結構的形狀變化。
    文本
    SMP多材料4D打印。a)三維打印聯鎖SMP元件的實驗與模擬對比。b) 3D打印的薄片折疊成具有自鎖機製的盒子。c)使用兩個不同的smp對杆(比例尺= 15 mm)進行兩層張拉整體的編程部署順序(Wiley-VCH Verlag授權轉載)(點擊圖片放大)

    多功能材料4D打印
    最近，4D打印的概念已經從最初的形狀移動定義擴展到包括功能或屬性移動。這可能會為功能性4D打印開辟新的途徑，如4D生物打印和自修複材料的3D打印。
    首先，將打印的功能對象，如電子設備，與形狀變化相結合，實現功能設備的4D打印。
    其次，一些功能特性，如光學或電導率特性，也可以隨著功能4D打印形狀變化的過程而變化。
    第三，隨時間變化的功能特性——如組織成熟、降解性、自愈合或3D打印結構的顏色轉移——可以廣泛地稱為4D打印。
    在4D生物打印中，打印的3D生物相容性材料或活細胞結構在打印後隨著時間的推移而進化。4D生物打印既包括形狀變化的生物材料，也包括成熟的由3D打印實現的工程組織結構。
    4D生物打印在未來的生物醫學應用中顯示出巨大的潛力，如組織工程，藥物輸送，以及構建適合移植和器官再生的功能器官。
    研究人員還研究了自修複材料的3D打印，使打印後的材料能夠結構恢複和功能恢複，從而增強可靠性，延長材料係統的壽命。

    前景
    與許多其他新興技術類似，胚胎階段的4D打印在實際應用中仍麵臨許多挑戰。這些挑戰中的許多都是深入研究的目標，但4D打印仍然非常年輕，需要為未來的發展付出大量的努力。
    4D打印技術的發展
    進一步發展4D打印的各個要素，包括3D打印技術、智能材料以及設計/建模等最重要的潛在應用。(由Wiley-VCH Verlag授權轉載)
    由於生物相關材料的定製和個性化製造的優勢，4D生物打印在生物醫學應用中顯示出巨大的潛力。例如，量身定製的縫合線、缺血性中風裝置、血管修複裝置、治療鉗等都可以通過4D打印實現。
    其他在功能性設備中的潛在應用包括傳感、能量收集和存儲。例如，驅動器的4D打印為訪問刺激響應式軟機器人進行能量存儲和收集提供了很好的機會。
    正如作者總結的那樣，“新打印技術、新智能材料、新結構設計和建模工具/軟件的進步將使4D打印能夠滿足多種功能應用，包括軟機器人、生物醫學、組織工程、電子、國防和安全。”
    通過邁克爾是皇家化學學會出版的三本書的作者:
    納米社會:推動技術的邊界，
    納米技術:未來是微小的,
    納米工程:使技術隱形的技能和工具
    版權© Nanowerk

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