4D打印與3D打印區(qū)別在哪？

這個(gè)時(shí)代的科技發(fā)展正在以超越我們有限認(rèn)知的速度進(jìn)化，當(dāng)我們還在為柔性制造吶喊時(shí)“中國制造2025”來了；當(dāng)我們正在為3D打印時(shí)代的到來而吶喊時(shí)，4D打印卻悄悄地來到了我們的身邊。

4D打印概念

4D打印概念或許對于今天的大眾而言有些陌生。其實(shí)，4D打印技術(shù)是在兩年前提出的。2013年2月25號，在美國加州舉辦的TED 2013大會(huì)上，來自美國麻省理工學(xué)院的斯凱拉·蒂比茨展示了4D打印技術(shù)，并且是通過一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)向與會(huì)者展示的，并借助實(shí)驗(yàn)加以闡述。從時(shí)間緯度來看，4D打印技術(shù)的提出與3D打印技術(shù)熱潮的出現(xiàn)差不多同時(shí)發(fā)生；但目前大家的關(guān)注點(diǎn)幾乎都放在3D打印技術(shù)上，忽視了對4D打印技術(shù)的關(guān)注。事實(shí)上，不論我們是向前看科技發(fā)展的趨勢，還是從當(dāng)前挖掘科技價(jià)值、探索未來商業(yè)的方向來看，4D打印技術(shù)都比3D打印技術(shù)更具前瞻性和顛覆性，它不僅是一種生產(chǎn)工具的革命，更是一種由生產(chǎn)資料改變而引發(fā)未來整個(gè)商業(yè)生態(tài)結(jié)構(gòu)方式改變的一種技術(shù)，因而顛覆的將不只是制造技術(shù)。

盡管早在2013年美國麻省理工學(xué)院就已經(jīng)展示出了一個(gè)關(guān)于4D打印技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，但該技術(shù)當(dāng)時(shí)并未引起太大關(guān)注。一直到2014年10月8日，美國《外交》雙月刊發(fā)表了一篇名為《準(zhǔn)備迎接4D打印革命》的文章，才讓很多國家政府層面開始關(guān)注4D打印技術(shù)，尤其是以美國為首的發(fā)達(dá)國家，著手在軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域探索4D打印技及其在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用。

4D打印的核心關(guān)鍵就是在3D打印的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)“D”的維度，也就是時(shí)間“T”。我們可以這樣理解：3D打印是死的，4D打印是活的。也就是說，3D打印技術(shù)打印出來的東西是一個(gè)在三維空間里有著固定形態(tài)的物品，除了使用過程中的自然磨損之外，它的形態(tài)是固定不變的。而4D打印則不同，會(huì)隨環(huán)境變化而自行發(fā)生變化，以適應(yīng)新的環(huán)境。4D打印可以根據(jù)我們預(yù)先設(shè)定的模型程序，在時(shí)間的維度里發(fā)生變化?？偠灾?，一旦采用了4D打印技術(shù)打印產(chǎn)品，由于其具備自變形的能力，就可以直接“剔除”產(chǎn)品的裝配環(huán)節(jié)。這對當(dāng)下的制造業(yè)將是一種極大的挑戰(zhàn)，尤其是對于作為傳統(tǒng)制造大國的中國來說更是更是一大挑戰(zhàn)。

中國傳統(tǒng)制造大國地位還能堅(jiān)挺多久？

2009年，中國取代日本成為僅次于美國的世界第二大貿(mào)易國，并成功超越德國成為世界第一大出口國。同時(shí)，中國制造業(yè)在全球制造業(yè)總值中所占比例也達(dá)到15.6%，成為僅次于美國的全球第二大工業(yè)制造國。

時(shí)過境遷，眼下在中國雇用一名工人的花費(fèi)，在泰國可以雇用1.5名工人，在菲律賓可以雇用2.5名，印尼可以雇用3.5名。中國勞動(dòng)力成本廉價(jià)的優(yōu)勢已不復(fù)存在。與此同時(shí)，美國等發(fā)達(dá)國家高調(diào)鼓吹“再工業(yè)化”、“重振制造業(yè)”，客觀上要求其采取能夠促進(jìn)國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的政策，縮小外國競爭者的成本優(yōu)勢，以增強(qiáng)其制造業(yè)吸引力。目前，美國政府已經(jīng)和正在采取的降低本國制造業(yè)成本的措施包括：對海外生產(chǎn)遷返回國的公司予以稅收優(yōu)惠刺激，對沒有遷返回國的公司征收懲罰性稅款；降低美國制造業(yè)的稅收負(fù)擔(dān)，并使暫時(shí)性減稅措施永久化，以提高美國制造業(yè)吸引資本和投資的能力；改革醫(yī)療保險(xiǎn)，降低醫(yī)療保險(xiǎn)成本；減少管制和司法訴訟成本；實(shí)施節(jié)能計(jì)劃，降低能源成本；鼓勵(lì)創(chuàng)新投資，促進(jìn)技術(shù)擴(kuò)散，降低開發(fā)新技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，確保美國企業(yè)致力于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)含量高且為世界客戶所需要的產(chǎn)品。

與此同時(shí)，近30年來幾乎順風(fēng)順?biāo)⒋虮樘煜聼o敵手的中國制造業(yè)，卻遭遇高端技術(shù)與低端成本的夾層式壓力。當(dāng)作為傳統(tǒng)優(yōu)勢的廉價(jià)勞動(dòng)力不復(fù)存在，中國還有哪些優(yōu)勢繼續(xù)維持傳統(tǒng)制造大國地位？

3D、4D打印下的中國機(jī)遇與挑戰(zhàn)

3D打印的出現(xiàn)，4D打印的到來，無論對于有著“再工業(yè)化”需求的歐美國家，還是要保住傳統(tǒng)制造優(yōu)勢地位的中國來說，都是一縷希望的曙光。

首先，隨著3D技術(shù)的到來，社會(huì)制造對產(chǎn)業(yè)工人需求的減少將迅速體現(xiàn)出來，人力不再是稀缺資源。只要有一臺(tái)打印機(jī)，在哪里都可以生產(chǎn)。如此一來，智力成本的附加值在社會(huì)生產(chǎn)中所占的比例將會(huì)進(jìn)一步加大。所以，面臨制造業(yè)洼地的美國政府，自然尤其看中以3D、4D打印為代表的新技術(shù)革命。

奧巴馬曾提議，在全國范圍內(nèi)，促成一個(gè)由多達(dá)15個(gè)制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)構(gòu)成的創(chuàng)造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。這些機(jī)構(gòu)有各自的研究重點(diǎn)，其中之一就是完善3D打印技術(shù)（增材制造）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、材料和設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)利用數(shù)字化設(shè)計(jì)進(jìn)行低成本小批量的生產(chǎn)。

美國政府甚至在2012年8月16日宣布，在俄亥俄州建立一所由政府和私營部門共同出資的制造業(yè)創(chuàng)新研究所，主要研發(fā)3D打印技術(shù)，以帶動(dòng)制造業(yè)創(chuàng)新和增長，重新占據(jù)世界工業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位。

2014年3月24日，奧巴馬在荷蘭參加53國領(lǐng)導(dǎo)人核安全峰會(huì)期間，還專門參觀了荷蘭的“3D打印運(yùn)河房屋”項(xiàng)目。該項(xiàng)目已經(jīng)成為荷蘭的一個(gè)景點(diǎn)，它所打印的不再是純粹的模型，而是一個(gè)全尺寸“模型”。這些房屋原本是荷蘭過去的富商在阿姆斯特丹沿著運(yùn)河建造的高而窄的磚房。但現(xiàn)在，高科技正在輕而易舉地恢復(fù)過往的風(fēng)景。

同樣，紛至沓來的3D打印和4D打印，對中國既是希望也是挑戰(zhàn)。

據(jù)《美國推進(jìn)第三次工業(yè)革命的戰(zhàn)略及對中國借鑒》一文中的數(shù)據(jù)顯示：中美之間的實(shí)力差距主要體現(xiàn)在創(chuàng)新能力上。2012年，美國的創(chuàng)新技術(shù)排名全球第10位，而中國位列第34位。就人力資本和研發(fā)能力而言，美國的排名是全球第22位，中國的排名是全球第84位。這當(dāng)中的差距應(yīng)該是中國制造業(yè)面臨的最大的問題。

在2012年，美國杜克大學(xué)的企業(yè)家精神與商業(yè)化研究中心主任VivekWadhwa在美國的“外交雜志”網(wǎng)站發(fā)表過一篇名為《制造業(yè)的未來在美國而不在中國》的文章，認(rèn)為“技術(shù)的進(jìn)步會(huì)使中國的制造業(yè)迅速衰落，就如同美國制造業(yè)迅速衰落的那20年一樣”。按照VivekWadhwa的觀點(diǎn)，人類未來的經(jīng)濟(jì)模式將是創(chuàng)造者經(jīng)濟(jì)，而不再是大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，取而代之的將是個(gè)人化的3D打印為主的生產(chǎn)模式。

在這一特殊時(shí)期，在3D打印這個(gè)高科技領(lǐng)域，中國獲得了一個(gè)千載難逢的機(jī)會(huì)：一個(gè)可以與美國、德國平等競爭、同臺(tái)亮相的機(jī)會(huì)。因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域中，前無古人。無論大企業(yè)、小企業(yè)，都在一個(gè)起跑線上開始，不像其他領(lǐng)域那樣，中國企業(yè)被國際大公司設(shè)下的“專利池”死死地困住。

“3D打印是第三次工業(yè)革命的標(biāo)志之一，也是我國有史以來第一次有機(jī)會(huì)參與新一次工業(yè)革命的興起?！鄙虾＝煌ù髮W(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院戴戎院士表示，我國的3D打印技術(shù)的發(fā)展與西方國家相比，差距并不是太大。西方國家能研發(fā)多噴頭的打印機(jī)，我們同樣能夠做到；西方國家有相關(guān)專利，我們的專利也不少；甚至我們的很多打印材料優(yōu)于西方國家。

從20世紀(jì)90年代以來，我國多所高校已經(jīng)陸續(xù)開展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。清華大學(xué)在現(xiàn)代成型學(xué)理論、分層實(shí)體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優(yōu)勢；華中科技大學(xué)在分層實(shí)體制造工藝方面有優(yōu)勢，并已推出了HRP系列成型機(jī)和成型材料；西安交通大學(xué)自主研制了三維打印機(jī)噴頭，并開發(fā)了光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)成型材料，成型精度達(dá)到0.2mm；中國科技大學(xué)自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領(lǐng)域得到應(yīng)用。

雖然中國與西方國家站到了新興工業(yè)革命的同一起跑線上，但不可否認(rèn)，我國尚缺乏一個(gè)讓創(chuàng)新人才成長的土壤和環(huán)境，我們的企業(yè)家也缺乏那種做事的“執(zhí)著、敬業(yè)和獻(xiàn)身精神”。所以，對于3D、4D打印技術(shù)的關(guān)注和投入還需要引起高度重視。

目前，國內(nèi)尚無專業(yè)機(jī)構(gòu)從事4D打印，從事3D打印技術(shù)的科研單位和企業(yè)總數(shù)也為數(shù)不多，最大的3D打印企業(yè)產(chǎn)值僅達(dá)億元級，大部分企業(yè)集中在1000萬~2000萬元的水平。而且，3D打印技術(shù)企業(yè)還是采取傳統(tǒng)的工業(yè)企業(yè)運(yùn)營模式，走的是生產(chǎn)設(shè)備、賣設(shè)備的老路。這也導(dǎo)致3D打印在國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化和市場接受度仍然較低，國內(nèi)3D打印技術(shù)研發(fā)水平與國外相比仍有差距。

缺乏創(chuàng)新將制約中國3D打印需求的發(fā)展。加工制造目前仍然是中國制造業(yè)的主流，而產(chǎn)品創(chuàng)意、創(chuàng)新不可能一蹴而就。做大規(guī)模與尋求技術(shù)創(chuàng)新也存在著矛盾。而中國3D打印設(shè)備在物品的打印精度、設(shè)備的可靠性方面仍然與國際水平有相當(dāng)差距，3D打印設(shè)備的核心零部件仍然依賴進(jìn)口。這一產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過程中還要遭遇技術(shù)瓶頸、投資撤離等風(fēng)險(xiǎn)。

我國正在大力推進(jìn)實(shí)施工業(yè)轉(zhuǎn)型升級戰(zhàn)略。工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，從本質(zhì)上說是向產(chǎn)業(yè)鏈的高價(jià)值環(huán)節(jié)升級，意味著中國工業(yè)要從低成本的要素競爭轉(zhuǎn)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的競爭優(yōu)勢。而要完成工業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級，就必須有三大創(chuàng)新來驅(qū)動(dòng)和支撐：一是制度創(chuàng)新，制度創(chuàng)新是中國能否成為工業(yè)強(qiáng)國的決定性條件；二是科技創(chuàng)新，科技創(chuàng)新是中國工業(yè)能否真正“后來居上”的關(guān)鍵因素；三是教育創(chuàng)新，教育創(chuàng)新是中國工業(yè)擁有一大批創(chuàng)新型人才建設(shè)工業(yè)強(qiáng)國的主要保障。

4D打印下的未來“工廠”

在4D打印時(shí)代，大部分商品并不需要借助于工廠進(jìn)行生產(chǎn)，而是圍繞著一個(gè)社區(qū)或者幾個(gè)社區(qū)配置不同的4D打印機(jī)。不論是對于當(dāng)下的購物商場，還是四處布道的電子商務(wù)平臺(tái)，當(dāng)前采用的商業(yè)方式所存在的價(jià)值與意義將逐漸喪失。桌面級打印機(jī)將走入千家萬戶，用戶可以根據(jù)自己的想法打印各自所需要的一般商品，當(dāng)然也可以將自己的創(chuàng)意通過產(chǎn)品的形式打印出來，并借助于信息工具完成傳播、交易等。個(gè)人用戶在4D打印時(shí)代所扮演的角色是多元的，既是用戶、消費(fèi)者，也是生產(chǎn)者。

而打印特殊商品，尤其是比較大型的商品，打印機(jī)則由一些機(jī)構(gòu)或者個(gè)人提供，消費(fèi)者只需要在物聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)中提出自己的需求或者想法，大數(shù)據(jù)平臺(tái)就會(huì)根據(jù)消費(fèi)者需求進(jìn)行分析，提供最優(yōu)的實(shí)現(xiàn)方式。因此，一旦真正進(jìn)入4D打印時(shí)代，商業(yè)生態(tài)將呈現(xiàn)出當(dāng)前無法想象的全新面貌。
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