中国粉体网讯 在当下，3D陶瓷打印已经展现出了独特的魅力，当人们还在对2D到3D打印的技术革新感到应接不暇时，一种“灵气十足”的陶瓷打印技术又横空出世-4D陶瓷打印技术。
概念
4D陶瓷打印就是在3D的基础上增加了时间维度。4D陶瓷打印直接将设计程序内置到物料当中，让陶瓷材料在设定的时间自动变形为所需要的形状，且可随时间变化。
用吕坚教授的表述就是，“第4D就是前驱体，打印在一个预变形的基体上，根据预变形的不同，最后产生的三维形状是不同的。但因为预变形是通过计算和可编程的，所以全世界也都承认这个是4D打印。”
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技术背景
“4D打印”概念源于2013年初麻省理工学院自组装实验室斯凯拉•蒂比茨的一次现场演示。在著名的技术、娱乐、设计（Technology Entertainment Design）大会上，一段绳状物体被放入水中，物体自动折成预先设计的形状，斯凯拉•蒂比茨称之为4D打印。
最初的4D打印技术是指在3D打印技术上增加了一个时间的维度，即智能材料经过3D打印成型后，构件在外界环境刺激下会发生自身结构的变化，多数追求的是外形的可变。
随着研究的深入，4D打印的内涵进一步得到了丰富，现在认为4D打印就是通过智能结构、智能材料或非智能材料的增材制造技术，实现构件的形状、性能或功能在时间和空间维度上的可控，满足变形、变性和变功能的应用需求。
在两年前，中国香港城市大学吕坚教授研究组便首次实现了4D陶瓷打印。
关键点
与3D打印相比，4D陶瓷打印对材料有更高要求，陶瓷前驱体材料应用广泛，但较难发生自变形，以及陶瓷材料对外界刺激的响应较差，限制了其在4D打印技术中的发展。因此，选择合适的材料是4D打印的关键。
1、可打印性
如果材料不能用现有的3D打印技术制造，那么4D打印结构将不存在。因此，可用于3D打印的材料是实现4D打印的前提。
2、智能性
如果材料结构中不含有“可编程物质”，不能实现任何目标在时间变化上对刺激的反应，依然是传统意义上的3D打印结构。
因此，4D打印陶瓷材料除了需要满足3D打印的可行性，还需要具备刺激响应材料的特征即智能性。
4D陶瓷打印的应用
吕坚教授说，这种4D陶瓷打印技术可广泛应用于个性化定制，优势在于采用相对简单的图纸设计，就可衍生出一系列形状相似且连续可变的结构，而传统的3D打印只能一个图纸对应一个结构。此外，4D陶瓷热处理只需1000℃即可完成，而传统陶瓷粉末烧结则需要1600℃，因此4D打印工艺成本相对低廉。
1、电子通讯设备
以电子设备行业为例，因为陶瓷材料在电磁信号传输上的优异性能，5G时代的到来将会对陶瓷产品的发展提出更高的要求。另外，相较于金属，陶瓷材料颜值高、质感佳、密度低，而且还有不易变形、耐磨防刮、耐化学腐蚀等优点。但是，陶瓷材料熔点极高，较难加工成型，因此目前陶瓷产品的应用在技术和成本上受到了极大限制。
4D陶瓷打印技术较易实现个性化定制，尤其是在制造类似曲面板这样的陶瓷结构上，可以实现超复杂精细结构，且成本低、强度高，有望应用在包括陶瓷手机背板和中框、陶瓷手表的表壳、表圈、表链等3C(Computer、Communication 、 Consumer Electronic)产业中。
2、耐热陶瓷构件
作为陶瓷前驱体的弹性体具有强变形能力，可以提高结构材料适应复杂应用环境的能力，譬如太空探索。3D打印的前驱体可以在地面上折叠起来以节省空间，然后到太空后展开为需要的结构。前驱体转化为陶瓷后，这些4D打印的陶瓷结构可以被用来做耐热结构。
4D打印的概念提出才不到10年，更别提4D陶瓷打印技术的应用了，技术仍处于探索阶段，但随着研究的不断深入，4D陶瓷打印技术也将不断革新，越来越多的新材料也会被赋予生命。
参考来源
[1]中国首次实现陶瓷4D打印.中国科学报
[2]余冬梅.增材制造：从3D到4D
[3]卢海洲.4D打印技术的研究进展
[4]宋波等.4D打印技术的现状与未来
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