来自美国科罗拉多博尔德大学（Boulder）的研究学者们近日成功地在已有的复合材料3D打印技术基础上，增添了第4维度，开启了适应性更强的复合材料在制造、包装以及生物制药领域应用的大门。

　　这个研究团队由科罗拉多博尔德大学机械工程学院副教授H.Jerry Qi和新加坡科技设计大学Martin L. Dunn领衔，开发并测试了全新的4D打印技术。研究人员在传统3D打印使用的复合材料中添加了具有“形态记忆”功能的聚合物纤维，使得最终打印出的产品可以自动变形为事先设计好的形态。

　　在这个过程中，产品的初始分子排列在3D打印时确立，随后添加的具有“形态记忆”功能的聚合物纤维为其埋藏了第4维度，也就是“时间维度”。这第4维度可以在特定条件下被激活。

　　4D打印“自我组装”的概念最早由麻省理工学院建筑学系的Skylar Tibbits在2013年4月TED大会上提出。他将一根3D打印复合材料长绳扔进水中，长绳便如变形金刚般神奇地自动变形为事先设计好的形状。

　　新加坡科技设计大学Martin L. Dunn曾经在科罗拉多博尔德大学担任教员，从事复合材料的机械和物理性能已逾20年。

　　“我们将这一概念做了进一步的拓展延伸，赋予了复合材料可变身为多种复杂形态的记忆功能。”Dunn表示说，“利用具有”形态记忆“功能的聚合物纤维生产可按照设计变换形态的复合材料，其中的秘密在于如何设计共聚物纤维的空间结构，包括它的空间位置、空间取向以及其他因素。”

　　这一成果刊登在9月份的科学期刊Applied Physics Letter上。

　　研究小组的成果显示，埋藏在复合材料中的共聚物纤维的空间位置和空间取向决定了“形态记忆”功能的效果，包括折叠、卷曲、拉伸、扭转的程度。研究人员还展示了可以通过调节温度，加热或冷冻来控制“形态记忆”的功能效果。

　　Qi表示说，3D打印技术已经存在了大约30年，但直到现在才发展到可以通过植入活性纤维，调整温度或者机械外力来控制复合材料在特定条件下的形态。

        这项技术同时也开启了广阔的应用空间。Qi表示说，诸如太阳能电池板或类似产品可以在生产时做成易于批量生产的平面形态；包装运输时变换成更加紧密、易于运输的形态；运达目的地之后再变换成适合安装应用的形态。