二、4D打印在軍事上的應用前景廣闊
以上分析可以看出,相對于3D打印,4D打印最重要特點是,它能直接把設計以編程的方式內置到打印材料當中,并于打印后,在預定環境中或在特定激勵下讓物體變形為所要的形狀或功能,這就簡化了從設計理念到實物的制作過程,實現了讓打印出的物體如機器般自我創造,而無需再連接任何復雜的機電設備,也不需再消耗額外的人力和工時,并且可先打印出極其簡單形狀或功能的物體,然后在預定條件下或通過特定的外部激勵,使該物體自我轉變成具有復雜結構或功能的另一種物體。正因為4D打印的自我制造和變化等特性,它應該比3D打印在軍事上具有更大的應用前景,可能成為戰斗力的又一個增長點。

我們可以想象一下,用4D打印制作出的防護服,不但輕薄和耐用,還有很強的綜合防護能力;可以遇雨防雨、遇熱防熱、遇毒防毒,甚至遇刀防刀、遇彈防彈,在戰場上更有效地保障軍人的生命安全。而且這種防護服也能像變色龍一樣,其迷彩和斑塊的明暗與大小,隨著光線的強弱以及周邊植被或地形、建筑物等的顏色發生變化——白天和晚上不同,室內和室外不同,森林和沙漠不同。總之,防護服的色彩能根據周邊環境自動變化或調節,使穿著它的軍人完全融入周邊的背景中,極大地增強軍人行動的隱蔽性,并有利于達成“隱蔽自己、消滅敵人”的目的。此外,防護服的透氣性和保暖能力及尺寸和貼身程度,都能根據季節和氣溫進行調節,在充分保證穿著舒適度的同時,不降低行動的敏捷性。也許,這樣的防護服還能在特定的場合或刺激下,在你眼前發生更多讓人目瞪口呆的變化。比如,慢慢地展開變形為一頂帳篷,一個大的背包,一只小船;甚至是一具能飛躍山澗或滑向山下的外骨骼滑翔衣,從而滿足不同作戰任務或特定場合作戰的需要。
除了打印防護服外,4D打印在軍事領域的其他方面也有很大的潛在應用價值。比如,打印多功能的綜合性的隱身材料,它能使戰機、軍艦和裝甲車輛等作戰平臺既能在更寬的頻段實現雷達隱身,同時讓其有紅外和可見光隱身特性;打印自修復或自愈合材料,它能使武器裝備出現裂縫或被射彈擊中時,通過膨脹和伸展或滲出修復液,實時對縫隙或彈孔自動填充和固化;打印在特定刺激下的自我分解材料,它能使包含重要信息的紙質文件、移動存儲載體以及重要場所和保險柜的鑰匙、門卡等,在丟失或被盜取后自動碎毀或解體;打印戰機的自適應機翼和尾翼,它們能根據高度、氣壓、溫度、速度或轉彎半徑等的不同,自動調節或改變形狀和大小,時刻保持戰機最佳的氣動特性和外形,確保它以最優的飛行狀態遂行作戰任務;打印作戰平臺和輪式車輛的自我變形輪胎,它能隨路面、天氣、環境或承重、受力等的不同,自動調整或改變貼地面積,增強平臺和車輛的運動平穩性和機動性;打印武器裝備的零部件以及偽裝(假目標和誘餌等)、救護、障礙物、儲物箱、拋物面天線等結構簡單的大型器材和裝備,它們最初都是簡單的片狀或平板形狀,占據的面積和空間都很小,且不易損壞、便于遠程運輸、保管和機動,一旦到作戰地域就能變身為所需要的形狀,而且偽裝器材和障礙物還能做到與地形地貌的有機融合,更好地適應戰場環境,發揮出嚴絲合縫般的隱蔽偽裝效果;打印衛星等軍用航天器的天線或太陽能陣列面板,它們在地面發射時都是占用體積最小的可折疊型平板,但一到空間真空環境,就能自動展開成預定的形狀,從而大大簡化了火箭的設計和構型,降低了它的發射難度。
三、4D打印道路雖然曲折但前途光明
自從2013年2月,4D打印的概念首次披露以來,人們對它的認識和理解不斷深入,它本身也有了很多新的進展和應用。據媒體報道,美國
麻省理工學院已經用木頭、橡膠、塑料和碳纖維等材料實現了簡單結構物體的4D打印,還用4D打印制作出了世界上首件連衣裙,進一步表明了其應用潛力;澳大利亞推出了一種更好的叫做水凝膠的4D打印材料,將會極大促進4D打印的發展。雖然如此,不可否認的是,4D打印還很年輕,尚處在待開發狀態,人們只是觸及到了它的表皮,現階段它無論是打印材料、制作過程還是軟件設計,都存在許多難以克服困難。諸
如打印所用的智能復合材料類型太少、難以實施對結構復雜物體的設計預先編程、考慮形變要素的軟件設計難度大、變形為所需要形狀或功能的物體花費的時間較長、打印出的物體自我變形或制造后機械強度不夠、促進物體變形的環境或刺激物(催化劑或能量)類型有限(目前主要是水和溫度)、形狀改變基本不可逆(難以變回最初的平板狀)等一系列問題。
然而,4D打印畢竟是在3D打印基礎上對傳統制作方式的又一次重要進化,有著巨大的潛在應用價值,已經得到了很多國家的重視并被作為一項置頂的技術大力進行研發。像美國有很多的機構都在研究4D 打印,2014年美國軍方還出資數百萬美元,推動用4D打印方式制造動態偽裝器材和輕薄型防彈衣等;德國正在開發專門用于4D打印的打印機;澳大利亞、日本和歐洲一些國家在加緊研制4D打印的智能復合材料。鑒于此,我們有理由相信,4D打印的發展已漸開始,假以時日,各國的共同努力下,新材料將不斷發明涌現,計算機輔助設計軟件將日益強
大,3D打印將更加成熟,微電子學的應用將更加深入。到那時,4D打印的很多問題會迎刃解決,將取得更多的突破性進展,從這個意義上看,4D打印無論是民用還是軍用,雖然可能道路曲折,但前途光明,非常值得我們期待。
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