3D打印现实与4D打印未来

    4D打印概念

    4D打印概念或许对于今天的大众而言有些陌生。其实，4D打印技术是在两年前提出的。2013年2月25号，在美国加州举办的TED 2013大会上，来自美国麻省理工学院的斯凯拉·蒂比茨展示了4D打印技术，并且是通过一个完整的实验向与会者展示的，并借助实验加以阐述。从时间纬度来看，4D打印技术的提出与3D打印技术热潮的出现差不多同时发生；但目前大家的关注点几乎都放在3D打印技术上，忽视了对4D打印技术的关注。事实上，不论我们是向前看科技发展的趋势，还是从当前挖掘科技价值、探索未来商业的方向来看，4D打印技术都比3D打印技术更具前瞻性和颠覆性，它不仅是一种生产工具的革命，更是一种由生产资料改变而引发未来整个商业生态结构方式改变的一种技术，因而颠覆的将不只是制造技术。

    尽管早在2013年美国麻省理工学院就已经展示出了一个关于4D打印技术的实验，但该技术当时并未引起太大关注。一直到2014年10月8日，美国《外交》双月刊发表了一篇名为《准备迎接4D打印革命》的文章，才让很多国家政府层面开始关注4D打印技术，尤其是以美国为首的发达国家，着手在军事、医学等领域探索4D打印技及其在这些领域中的应用。

    4D打印的核心关键就是在3D打印的基础上增加了一个“D”的维度，也就是时间“T”。我们可以这样理解：3D打印是死的，4D打印是活的。也就是说，3D打印技术打印出来的东西是一个在三维空间里有着固定形态的物品，除了使用过程中的自然磨损之外，它的形态是固定不变的。而4D打印则不同，会随环境变化而自行发生变化，以适应新的环境。4D打印可以根据我们预先设定的模型程序，在时间的维度里发生变化。总而言之，一旦采用了4D打印技术打印产品，由于其具备自变形的能力，就可以直接“剔除”产品的装配环节。这对当下的制造业将是一种极大的挑战，尤其是对于作为传统制造大国的中国来说更是更是一大挑战。

    中国传统制造大国地位还能坚挺多久？

    2009年，中国取代日本成为仅次于美国的世界第二大贸易国，并成功超越德国成为世界第一大出口国。同时，中国制造业在全球制造业总值中所占比例也达到15.6%，成为仅次于美国的全球第二大工业制造国。

    时过境迁，眼下在中国雇用一名工人的花费，在泰国可以雇用1.5名工人，在菲律宾可以雇用2.5名，印尼可以雇用3.5名。中国劳动力成本廉价的优势已不复存在。与此同时，美国等发达国家高调鼓吹“再工业化”、“重振制造业”，客观上要求其采取能够促进国内制造业发展的政策，缩小外国竞争者的成本优势，以增强其制造业吸引力。目前，美国政府已经和正在采取的降低本国制造业成本的措施包括：对海外生产迁返回国的公司予以税收优惠刺激，对没有迁返回国的公司征收惩罚性税款；降低美国制造业的税收负担，并使暂时性减税措施永久化，以提高美国制造业吸引资本和投资的能力；改革医疗保险，降低医疗保险成本；减少管制和司法诉讼成本；实施节能计划，降低能源成本；鼓励创新投资，促进技术扩散，降低开发新技术的风险，确保美国企业致力于设计和生产技术含量高且为世界客户所需要的产品。

    与此同时，近30年来几乎顺风顺水、打遍天下无敌手的中国制造业，却遭遇高端技术与低端成本的夹层式压力。当作为传统优势的廉价劳动力不复存在，中国还有哪些优势继续维持传统制造大国地位？

    3D、4D打印下的中国机遇与挑战

    3D打印的出现，4D打印的到来，无论对于有着“再工业化”需求的欧美国家，还是要保住传统制造优势地位的中国来说，都是一缕希望的曙光。

    首先，随着3D技术的到来，社会制造对产业工人需求的减少将迅速体现出来，人力不再是稀缺资源。只要有一台打印机，在哪里都可以生产。如此一来，智力成本的附加值在社会生产中所占的比例将会进一步加大。所以，面临制造业洼地的美国政府，自然尤其看中以3D、4D打印为代表的新技术革命。

    奥巴马曾提议，在全国范围内，促成一个由多达15个制造创新机构构成的创造创新网络。这些机构有各自的研究重点，其中之一就是完善3D打印技术（增材制造）的相关标准、材料和设备，以实现利用数字化设计进行低成本小批量的生产。

    美国政府甚至在2012年8月16日宣布，在俄亥俄州建立一所由政府和私营部门共同出资的制造业创新研究所，主要研发3D打印技术，以带动制造业创新和增长，重新占据世界工业的领导地位。

    2014年3月24日，奥巴马在荷兰参加53国领导人核安全峰会期间，还专门参观了荷兰的“3D打印运河房屋”项目。该项目已经成为荷兰的一个景点，它所打印的不再是纯粹的模型，而是一个全尺寸“模型”。这些房屋原本是荷兰过去的富商在阿姆斯特丹沿着运河建造的高而窄的砖房。但现在，高科技正在轻而易举地恢复过往的风景。

    同样，纷至沓来的3D打印和4D打印，对中国既是希望也是挑战。

    据《美国推进第三次工业革命的战略及对中国借鉴》一文中的数据显示：中美之间的实力差距主要体现在创新能力上。2012年，美国的创新技术排名全球第10位，而中国位列第34位。就人力资本和研发能力而言，美国的排名是全球第22位，中国的排名是全球第84位。这当中的差距应该是中国制造业面临的最大的问题。

    在2012年，美国杜克大学的企业家精神与商业化研究中心主任VivekWadhwa在美国的“外交杂志”网站发表过一篇名为《制造业的未来在美国而不在中国》的文章，认为“技术的进步会使中国的制造业迅速衰落，就如同美国制造业迅速衰落的那20年一样”。按照VivekWadhwa的观点，人类未来的经济模式将是创造者经济，而不再是大规模的工业化生产，取而代之的将是个人化的3D打印为主的生产模式。

    在这一特殊时期，在3D打印这个高科技领域，中国获得了一个千载难逢的机会：一个可以与美国、德国平等竞争、同台亮相的机会。因为在这个领域中，前无古人。无论大企业、小企业，都在一个起跑线上开始，不像其他领域那样，中国企业被国际大公司设下的“专利池”死死地困住。

    “3D打印是第三次工业革命的标志之一，也是我国有史以来第一次有机会参与新一次工业革命的兴起。”上海交通大学医学院附属第九人民医院戴戎院士表示，我国的3D打印技术的发展与西方国家相比，差距并不是太大。西方国家能研发多喷头的打印机，我们同样能够做到；西方国家有相关专利，我们的专利也不少；甚至我们的很多打印材料优于西方国家。

    从20世纪90年代以来，我国多所高校已经陆续开展了3D打印技术的自主研发。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面都有一定的科研优势；华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势，并已推出了HRP系列成型机和成型材料；西安交通大学自主研制了三维打印机喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度达到0.2mm；中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置，有望在微制造、光电器件领域得到应用。