編譯／韋士塔

3D列印技術日益進步，應用範圍也愈來愈廣泛，包括航太、汽車、模具、醫療、玩具、服飾配件甚至藝術文創；如今，科學家正尋求進一步的突破，以4D列印技術繼續改變物品製造流程，顛覆各個領域。

3D列印是指平面列印時加入第三維（3D）的方向，讓列印成品層層堆疊成立體的型態。4D列印則是一種特殊的結構，能夠依據環境中的溼度或溫度等條件，自動改變自身狀態。

美國萊斯大學（Rice University）的研究人員已開發一種4D列印技術，以聚合物為列印材料，成品在通電、加熱、降溫時會改變形狀。不過，研究團隊目前遇到的瓶頸是，這種能夠變形的材質無法持續維持特定形狀，須搭配固定的框架使用，使用途受限。

麻省理工學院（MIT）的研究團隊也正在這個領域尋求創新，他們已設計一種平面結構，能形成過去4D印技術無法產生的複雜結構，例如球狀、圓弧甚至人臉。這項研究結果，已發表於《美國國家科學院院刊》（PNAS）。

研究人員解釋，4D列印技術，本質上就是3D列印技術搭配特定的材料與結構設計；3D結構成型後仍為靜態，但若能在環境作用下隨時間的經過而變形，就跨入4D（時間）領域。

MIT的機械工程師里斯（Wim Van Rees）以橡膠材料列印出網格構造，這些網格會隨溫度升高而膨脹，中間的空隙則提供材料變形的空間。研究團隊再利用演算法設計出最合適的網格架構，未來將可利用這種技術開發出能自行搭建和收納的帳篷、變型望遠鏡頭、支架、人造組織支架，甚至是仿生機器人。

加州理工學院機械工程和應用物理學教授達萊歐（Chiara Daraio）指出，4D列印技術，有可能讓科幻電影中的場景成為現實。例如，蝙蝠俠的披風看來柔軟，卻能在必要時硬化成為滑翔翼。

達萊歐指出，研究團隊正設法在現實世界中複製這種神奇的工程技術，設計靈感來自鏈甲。達萊歐表示，他們以4D技術列印的材料，只要施加壓力就能從流體狀態變成特定的固體形狀。研究人員初步的構想是把這項技術應用來製造智慧纖維，製作可當成外骨骼的設備，甚至還能製造骨折時可使用的模具，協助把骨骼固定在需要的位置。

達萊歐表示，研究團隊列印出各式各樣的鏈結結構，並進行測試，發現八邊形鏈節的架構最具靈活性，可變化出各種形狀，且在承受壓力時的載重力最高。以這種架構製造的纖維，能承受50倍的重量。

達萊歐，4D列印的新材料也可製造能適應各種氣候的纖維，這種纖維遇冷收縮，遇熱伸長，能應對氣溫變化；汽車也是這種材料的應用領域，例如可變形的碳纖維尾翼，可在受熱或遇水時變形，不僅有助提升車速和操控性，還能改善行車安全。