与工业互联网一样，3D打印有望改变制造业。技术研究公司Canalys称，到2018年，这一市场规模可能达到162亿美元。Carbon3D等公司正致力于将这一工艺提升至工业生产速度，科学家们已在探索这项技术的下一次进化：4D打印。
4D打印制造的物体能够随时间发生变化。2014年，麻省理工学院数学家Dan Raviv及其同事展示了这一概念：他们打印出的产品能够在打印完成后改变形状。
传统3D打印使用塑料或金属等机械性能被动的材料，而4D打印则依靠活性材料来构造动态结构。例如，Raviv先生的研究将一种刚性塑料与一种浸入水中后体积会增至两倍的材料结合起来。这使物体能够伸展、折叠成各种形状；这些形状依据设计制作，设计工作是在加州3D设计公司Autodesk的帮助下完成的。（这种吸水材料由Stratasys开发，其确切配方仍属商业机密。）
活性材料对热、压力等因素的反应方式，决定了能够制成哪些形状。Raviv先生设想，医疗植入物可以根据人体内的状况改变形状和功能；衣物和鞋履则可以通过感知环境来优化性能。
当然，最终目标是同时打印多种活性材料，制造出电路、致动器、电池和传感器等复杂部件，并将它们集成到精密设备中。“我们实验室的目标是打印出一个能自己走出打印机的机器人，”康奈尔大学创意机器实验室主任Hod Lipson说。
怀有这一目标的不只他一人。去年，在哈佛大学，Sam Felton及其同事发明了一种机器人，它可以从一张平板变成带电机驱动的折纸结构。这个机器人由纸张、涂覆其上的一种受热会收缩的塑料，以及电机、电池、微芯片和按特定角度折叠设计的铰链组成。电子元件加热塑料后，机器便会自行折叠；待系统冷却后，它就能行走。
未来，这些技术或许能让打印出的机器装在扁平的盒子里运输，并在打开盒子后自行组装。麻省理工学院计算机科学家Daniela Rus提出了另一种可能：顾客从可定制设计库中挑选机器人，然后在一家全天候营业的商店领取打印成品。
Lipson先生说，目前最困难的是打印出充当大脑的电路，以及充当肌肉的致动器。还需要研究新的活性材料。“我们需要找到将所有部件一起打印出来的方法，并创造新一代设计工具，让我们能够探索这一新的设计空间。在我看来，这需要人工智能工具，因为人类想象各种可能性的能力太有限了，”他指出。
本文由以下机构合作发布： GE Look Ahead。本文的发布并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
如需了解议程的最新动态， 请订阅我们的每周简报。
作者：Charles Q. Choi为GE Look Ahead撰稿。
图片：2014年台北国际电脑展期间，Aurora的F1 3D打印机正在台北世界贸易中心南港展览馆打印一个小雕像。路透社/Pichi Chuang
