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图片来源：Daniel Dikovsky, Objet Inc.
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在我参观Objet公司期间，爱德华多和丹尼尔将手伸进抽屉，掏出了几件奇怪的新材料。他们向我展示了一件他们打印出来的自修复材料。他们解释说，这个材料能够承受极端的压力，如果压力超过极限，材料就会屈服，但在压力消除后，它会完全地“愈合”。
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这种材料通过把原材料存放到微小而相连的“球窝”构成。这种由环环相扣的百万计的组件构成的材料会持续保持弹性直到球从窝内蹦出。如果压力消除，球就会弹回原位，材料恢复为原来的形状。
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我仔细观察Objet公司的新型材料，它看起来就像个普通的灰色塑料，我想象这个普通却非凡的打印材料用途到底有多大。假如你的汽车保险杠因车辆事故折断（从经验上讲），试想如果你将断裂的保险杠推回原位，它就能够自动地恢复原状，那该多好啊。
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动态的材料可以依据承受压力的大小由硬变软，就像研磨的咖啡在真空包装后硬得像砖头，但在打开真空包装后却能够像液体一样流出。所谓的干扰材料即能够依据环境而改变硬度。
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构建材料性能的效果并不是凭直觉就能获取的，即使是像碳纤维层压板这样相对简单的复合材料，也需要材料学家和工程师倾其毕生精力来研究。高分辨率多材料打印机的问世开辟的崭新设计空间太大了，以至于预测材料的特性变得非常困难，更不用说探索材料的设计了。随着3D打印机储存多材料范围的扩大，新的材料有时会被偶然发现，有时则需要深入探索。与设计师需要通过新的计算机辅助设计工具、应用新的语言和设计理念设计出新的图形一样，探索全新的材料领域也需要新的设计工具。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398879]
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活性系统打印：打印完整的机器人
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到目前为止，不论材料是硬或软，是弹性或坚硬，本章所讨论的都是被动材料打印。被动材料以一种可以预知的机械方式对所处的环境做出反应。未来，我们将打印能够行动、反应、感知、运算和回应周边环境的活性材料。对打印活性材料的探索时断时续，所以目前大部分杰出的3D打印作品不论大小、复杂程度，仍属于被动打印的范畴。
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目前活性材料打印取得的初步成果是打印导电材料。我们已经知道如何打印金属，而金属是很好的导体，那还存在什么问题呢？目前的挑战是如何在非导电材料中嵌入导电材料，比如塑料绝缘体包裹的铜线。如果能够在非导电体中打印导体，那么你就可以用预装配的线束打印机器人、用复杂的定制的天线打印手机、用内置传感器打印假肢以及新型消费电子设备。
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打印导线面临着双重挑战—超出了多材料打印的能力。这个挑战是要确保两种材料可以相互兼容。如果你尝试同时打印金属和塑料，金属熔化的温度就会烧掉塑料，导致两种材料无法相容。
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找到熔融温度较低、与塑料相容的特殊导电金属的可能性也是存在的，但是这些材料很少，也很难被利用。另外，也可能会找到非金属导体，例如导电塑料，但是并不会像金属那样实现完全导电，所以探索仍在继续。
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在Objet公司，对于打印在非导电结构材料内嵌入的导电材料，爱德华多和丹尼尔信心满满。他们坚持认为问题不在于技术，而是商业优先权的问题。工业领域渴求更强大、更耐用的3D打印材料。导电材料在短期内难以进入商业视野，它们还不属于优先考虑的事。
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这就形成了一个恶性循环：工业需要更强大的材料，以期超越已有材料和传统制造技术的能力。任何形式的传统制造都不可能达到制造嵌入式3D导线的能力。除了少数前卫的机器人设计师，3D打印线路还没有市场需求。
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然而，学术界的任务是要超越短期视野并看得更远。展望长远的未来，导电材料将只是活性材料的冰山一角。目前，很少有研究人员在研究电池、电机和驱动器、晶体管和传感器的打印。
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虽然我们看到的是活性材料，但实际上我们讨论的却是活性系统。就自身而言，活性材料几乎毫无用处，通常是将多种积极材料混合才会有所应用。如何从打印被动的单一材料零部件过渡到打印活性的、多材料集成系统是当前面临的挑战。
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集成系统的一个很好的案例就是3D打印电池。如果你翻开一本电池化学课本，你会发现很多制造电池的方法：标准碱性电池、可充电锂离子电池、锌空气电池等。所有电池都具备相同的基本结构：正极材料和负极材料，中间有“分离层”，像个奶酪三明治，上面是白面包，下面是全麦面包。这个大而薄的“三明治”被卷起并装进筒内，与两根电线相连：一个连接正极，一个连接负极。
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图14–4 打印出来的电池
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图14–5 埃文·马龙的3D打印机器鱼、电池和驱动器（2010年）。还没有完全打印出来
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电池工作的原理是：正极中的离子（带电原子）会移动到负极。它们在移动过程中产生电流。正极材料和负极材料（面包）、分离层（奶酪）和电池类型的不同组合，会形成不同的电池种类和性能特征。
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首个机器人出现在《时代周刊》之后不久，埃文·马龙加入了我们在康奈尔大学的实验室。埃文当时的目标就是要打印一个能走出打印机的机器人。在面临其他技术挑战之前，他首先必须面对一个更具挑战性的问题，即当时的商用打印机制造商只允许本公司员工开拓新材料的打印机。3D打印机制造商会竭尽全力地保护自己的专利材料，使用任何未授权的材料将不再保修。而且，任何一个理性的研究者都不会只为了看打印机堵塞和停止工作而将活性材料塞进价值10万美元的机器里。
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探索不受现有商用打印机限制（技术壁垒和合同限制）的新材料激发了Fab@ Home项目组（某种意义上讲也叫RepRap项目）的研究热情，也带动了后续一系列开源3D打印平台的开发。简而言之，低成本的DIY打印机更具创新性，而且如果停止工作，使用者承担的风险更低。
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