在科技日新月异的今天，4D 打印技术正逐渐走进人们的视野，它作为 3D 打印技术的进阶版，为诸多领域带来了前所未有的创新机遇和变革潜力。
4D 打印技术，简而言之，是在 3D 打印的基础上增加了一个时间维度，它利用“可编程物质”和 3D 打印技术，制造出能在外界刺激下发生形状或结构变化的三维物体，这种独特的制造方式，使打印出的物体不再是静态的结构，而是能够根据预设程序和环境变化产生动态响应，仿佛拥有了生命一般，其构成要素主要包括智能或刺激反应材料、4D 打印设备、外部刺激因子以及智能化设计过程，智能材料是核心，它能够对特定刺激如温度、压力、光照等做出反应；4D 打印设备则需具备将智能材料精确分布的能力；外部刺激因子用于触发材料的变形；而智能化设计过程则确保整个打印过程的可控性和准确性。
4D 打印的工艺流程与传统 3D 打印有着显著区别，传统 3D 打印先进行数字化设计，再通过扫描仪获取对象的 3D 数据或使用软件建立三维数字化模型，最后将数据传输给打印机进行逐层打印，而 4D 打印由于其物体具有时间变化特性，在数字化建模之初，就将材料的触发介质、时间等变形因素以及其他相关数字化参数预先植入打印材料中，在中间件成型过程中，借助数学模型来预测结构体基于时间的形态变化，包括变化后的形态、避免组件碰撞的理论模型以及减少试错性行为等，这些都需要智能化的计算芯片进行判断和解决，未来，人工智能芯片有望被植入 3D 打印设备，使其具备更高的智能化程度，进一步提升打印效果和效率。
4D 打印的优势极为突出，它能实现实物从一种形态到另一种形态的转变，极大地拓展了产品设计的自由度，在生物医学领域，可以根据患者的个体差异定制个性化的医疗器械，更好地满足治疗需求，可在打印部件中嵌入驱动、逻辑及感知等能力，且无需额外的时间和成本，这为智能产品的制造提供了便利，能够在同一批次产品中进行定制生产，提高了生产效率和灵活性，生产个性化产品也是其独特优势，满足消费者多样化的需求，还可先打印简单结构，再通过外部刺激转变为复杂功能的结构和系统，降低了生产难度和成本，一旦制造出 4D 打印材料并嵌入动态功能，成品的功能将远超预期，而且，从根本上消除了供应链和组装线的依赖，简化了生产流程，更重要的是，它为利用设计和编程实现物质世界的数字化提供了可能，数字文件可在全球范围内传输和共享，促进了技术的广泛应用和发展。
在众多领域中，4D 打印都展现出了巨大的应用潜力，在生物医学领域，可用于制造人体组织及其器官、医疗器械等，4D 打印的血管材料无需患者自身细胞组织，通过软件设计编程置入实践、触发介质等参数，解决了材料唯一性难题，并且其自我调节和自我修复的特性，使其在生物相容性和治疗效果上表现出色，在军事工业领域，4D 打印的结构体具备自组装、多功能和自我修复能力，可使军工设备根据不同环境和任务进行自适应调整，提高作战效能，结合伪装服还能根据季节和环境改变形态，为侦查人员提供更好的掩护，大型军用设备的小型化存储和快速部署也成为了可能，在产品设计领域，4D 打印实现了即时的个性化产品制作，用户可根据自己的想法随时更新创意，加速了产品创新的速度，而且数字文件的无限复制性使得实体产品的批量生产更加精准，降低了不良率，提高了生产效率。
4D 打印也面临着一些挑战和限制，目前，可用于 4D 打印的材料种类相对有限，虽然已经涵盖了金属、聚合物和陶瓷等部分材料，但仍需进一步丰富和优化，以扩大其应用范围，对于复杂的变形控制和精确的时间响应要求，还需要更先进的算法和技术来支持，以提高打印物体的性能和可靠性，4D 打印的成本仍然较高，尤其是在设备和材料方面，这在一定程度上限制了其大规模商业化应用的进程，但随着技术的不断发展和成熟，相信这些问题都将逐步得到解决。
展望未来，4D 打印技术将持续创新和发展，随着材料科学、机械科学、计算机科学等多学科的交叉融合不断深入，新的智能材料和打印工艺将不断涌现，其在航空航天、汽车制造、建筑等领域的应用也将不断拓展，例如制造能够自适应飞行姿态的飞机机翼、具有自修复功能的道路桥梁结构等，随着人们对个性化产品需求的不断增长以及对智能化制造的追求，4D 打印有望在未来成为主流的制造技术之一，引领制造业向更加智能、高效、灵活的方向发展，我们期待着 4D 打印技术在各个领域绽放更加耀眼的光芒，为人类的生活和社会进步带来更多的惊喜和福祉。