虽然3D打印允许许多用户在不可能的情况下创建复杂的几何形状，但4D打印通过对环境做出响应的材料和纹理来实现这一点，然后在暴露于其他特征（如温度）时恢复到其原始的形状。Zhizhou Zhang，Kahramen G. Demir和Grace X. Gu（均来自加州大学伯克利分校）在“4D打印的发展：对当前智能材料、技术和应用的回顾”中探索4D打印及其所有相关细节。

正如作者所指出的，随着技术和材料的进一步发明，4D打印技术不断发展。这使其在自建结构、医疗设备和软机器人等应用中具有更大的潜力，尽管仍存在障碍。FDM和SLA 3D打印最常用于创建由超材料制成的4D物体，这种材料可根据需要而改变，具有灵活性，同时也适用于升降机、微管、机器人和玩具等产品。

“为了实现形状的定向变化（与轻微的均匀膨胀相反），4D打印结构将由材料各向异性组成。这需要一致地打印多种材料的组合。”研究人员表示。

目前，用于4D打印的材料类别有：

•热响应

•水分响应

•光响应

•电响应

•磁响应

自建结构是4D打印最有前途的领域之一，自折叠立方体等物品由于形状记忆效应，有可能永远改变包装世界。其他重要设备包括由均匀分布的智能聚合物网格构成的自卷圆柱管。

4D打印自建结构。（a）由SMP打印的自折叠立方体容器（b）由智能聚合物打印并由丙酮驱动的自动卷管容器（c）由平坦状态变形的复杂曲面，使用具有梯度分布的湿敏聚合物（水凝胶）打印。（d）一种可以自动锁定的按顺序折叠的柄。接缝采用不同的SMPs组合打印（e）自嵌套盒，其接头印有不同颜色的SMPs（f）带或不带应力释放孔的交叉折叠试样（g）可调谐材料的概念设计，允许带隙控制的晶格结构（h）泊松比可调的多功能材料

“智能材料也可以以渐变分布打印，以便研究人员控制打印物品的表面曲率。这种技术可以通过将结构制作成扁平形状来大大节省空间。它还能够实现难以通过传统方法制造的复杂表面曲率。”作者在他们的论文中说。

4D打印的主要优点之一是它可以控制材料，研究人员继续在这一领域取得进展。4D打印材料已经在医疗领域中用于诸如假肢、植入物、夹板、支架，甚至药物和靶向药物输送的装置。随着3D继续与机器人配对，无论是为它们制造部件还是创建可以操作3D打印机的机器人，使用4D打印将其提升到软机器人的新水平是合乎逻辑的：

“传统的机器人主要是由刚性材料制成的，在执行有机和顺从的操作方面有局限性，比如人的手的握力或章鱼触手的复杂运动。因此，软机器人领域出现了一些软材料，主要是特殊类型的弹性体，作为机器人与环境之间的交互界面。这些柔软的材料可以与易碎的物体进行温和的相互作用，与传统的机器人相比，可以更好地抵抗破坏力。”研究人员表示。

使用一些喷墨打印技术，可以打印具有复杂几何形状且不需要支撑结构或过多后处理程序的物体，从而允许创建耐用的执行器。

然而，4D打印当前面临的挑战是巨大的，包括大多数硬件和材料，机械性能的限制。“缓慢且不准确的驱动”，以及对不同变形阶段的控制不足。

“可打印智能材料，数学模型和打印技术的进步将使4D打印能够进一步增强手术治疗，靶向药物输送，软机器人以及工程中其他未经考虑的领域。”研究人员总结道。

4D领域不断扩展，吸引着各地的用户，创新不仅适用于他们的环境，而且为用户和行业提供他们在广泛的应用中所需要的东西，无论是艺术创作、微流体结构还是豪华车的座椅。

4D打印医疗设备。（a）用于药物输送的光刻制造的，具有红色轮廓的不同图案化的多孔面聚合容器。（b）热响应形状变化演示。（c）4D打印支架（d）4D打印磁性支架（e）经手术植入的4D打印气道夹板（f）4D打印神经导管（g）4D打印支架的形状记忆演示。

（a）由多孔硅弹性体制成的软McKibben型致动器，其孔填充有乙醇（b）用于自适应光学的4D打印热响应液晶弹性体的演示（c）4D打印聚乳酸编织管预制件，展示热响应 作为夹具的形状记忆行为（d）4D打印的SMP夹具（e）3D打印液压机器人，使用液体支撑波纹管执行器。