浙江大学玉泉校区第十教学楼的一个实验室里，正在进行一次奇妙的试验：在两片玻璃片中间滴入几滴透明的液体，放到普通投影仪下短暂“曝光”后，取出成型的胶片投入水中，平面的胶片“长”成了一朵郁金香，整一个完整的过程只在短短数分钟内实现。
利用一张平面的塑料片极速“凹”出复杂的立体造型，科学家称之为快速多维制造。发明者是浙江大学化学工程与生物工程学院的谢涛教授课题组。相关论文“Ultrafast Digital Printing toward 4D Shape Changing Materials”12月8日在国际著名期刊《Advanced Materials》上发表。学界认为，这一发明将对当前热门的3D打印与个性化制造提供全新思路。
论文的第一作者，博士生黄丽媚向记者“拆解”了整个“魔术”制造的关键步骤。第一步是制作“底片”。底片是厚度约为0.5毫米的液体薄膜。这类液体会在光的照射下固化，被称为光固化树脂。我们生活中目前普遍的使用的补牙材料，也是一类光固化树脂，平时如橡皮泥般柔软，但只要经紫外光照射，就能立刻变得坚固且贴合牙齿。
第二步是曝光——利用投影仪画“图纸”。科学家根据成型的目标，通过一系列力学计算设计出一张带有灰度变化的投影图。投影的瞬间，底片上的每个像素点的光照程度都不一样。投影数秒之后，虽然底片看起来仍是一层薄薄的塑料，但在内部，分子结构已发生了巨大的变化。只要遇到温度或者其他外界条件刺激，不同像素点就会产生不同的响应行为。这是后期精准“显形”的关键。
第三步，立体显影。见证奇迹的时刻就在这一步发生。“底片”投入水中之后，由于每个像素点的吸水程度不一样，会产生有趣的、符合事先设计的形变。就像水中“长”出了一座悉尼歌剧院，或是水中“开”出了一朵花。“利用相同的原理，我们也可以使塑料片在融化的蜡中显影，就能做出一朵立体的蜡质花，”谢涛说，通过打印液体的选择，可以在三维物件中很方便的引入多个其他维度，即随时间变形的性能，例如形状记忆效应等，因此将该项技术称为快速多维制造。该项技术在诸多领域均有应用前景，例如在工业应用中广泛采用的失蜡铸造法（首饰制造等），通过这项新的技术能大大提高设计和生产效率。
平面变立体，听起来很玄乎，但是科学家说，这类形变在生活中非常普遍，墙壁、地板受潮起泡就是一个典型的例子。“这一现象提示我们，或许我们在进行三维设计制造时，不一定要通过复杂耗时的层层打印步骤，而去使用一种更为简洁、连续、高效的过程。”谢涛说，这一灵感的提示下，课题组进行了快速多维制造的探索。这一方法最显著的优势就是快。
谢涛说，3D打印是一种增材制造方法，它相较于传统的减材制造，它在节省成本和个性化制造方面均显示出诸多优势。但目前广泛采用的3D打印技术没办法回避的挑战在于逐层打印，限制了打印精度和速度。
“我们的方法避开了这一挑战，它的成型是连续的，快速的，可以为多维制造提供新的思路。”谢涛认为，尽管这一的技术存在广泛应用前景，当前仍然需要多学科的科学家进行一同研究，推进这一技术从实验室走向现实：“很期待研究光学、计算机科学和力学的科学家的加入。”
“没有变形就没有大自然，我们从自然界的变形中得到了许多启示。”谢涛团队近年来致力于研究具有智能形变功能的高分子材料，曾研发出可记忆复杂形状的新型塑料、可自动脱落的“壁虎胶”等材料——变形材料存在广泛应用前景。谢涛说：“向日葵能随着太阳光转动，捕蝇草能感受触觉并快速闭合，这些自然现象启发人们去设计各种奇妙的材料变形行为。”
