陳根

4D打印技術，就是在3D打印的基礎上增加一個“時間”的緯度，可以為制造業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療健康等眾多方面帶來顛覆式變革

在我們剛剛開始有點了解3D打印并為之驚嘆的時候，如今的科學界已經(jīng)開始思考4D打印將如何改變這個世界。

什么是4D打印

我們最為熟知的概念中普遍存在的是2D，也就是在平面上打印，比如打印個文件、圖紙、照片之類，也就是X、Y構(gòu)成的維度。而到了3D打印，通俗的理解就是在X、Y維度的基礎上增加一個Z維度，就構(gòu)成了三維立體。但到了4D打印，所增加的維度不再是X、Y、Z所構(gòu)成的立體維度，而是在這些維度之外所增加的時間維度。

所謂4D打印技術，就是在3D打印的基礎上增加一個“時間”的緯度。所有物體都因時間而存在，物體形狀改變也需要時間。4D打印融入了時間，也就是表示4D打印就是打印出可以隨時間變化而改變的物體。3D打印是預先建模再打印出成品，而4D打印的邏輯，是把產(chǎn)品設計通過3D打印機嵌入可以變形的智能材料中，在特定時間或激活條件下，無需人為干預，也不用通電，便可按照事先的設計進行自我組裝。

4D打印的應用前景

從科幻世界走入現(xiàn)實生活的4D打印，將給我們的生活帶來哪些改變？又將給包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等人類社會的各領域發(fā)展帶來怎樣的深遠影響？

1.4D打印實現(xiàn)工業(yè)制造集約化。我們可以通過工業(yè)4.0或3D打印，將產(chǎn)品由批量化生產(chǎn)向定制化制造轉(zhuǎn)移；而在此基礎上發(fā)展出來的4D打印，則可以在更高層次上解決產(chǎn)品自行組裝的問題，并且增加產(chǎn)品自行創(chuàng)意變化的環(huán)節(jié)。

3D打印技術的出現(xiàn)，對于幫助解決一些復雜結(jié)構(gòu)的設計有了更為直接的幫助，包括讓一些結(jié)構(gòu)部件變得更輕盈、更結(jié)實，但無法實現(xiàn)應對于外力環(huán)境變化而自我驅(qū)動變化。4D打印技術的運用，將可以滿足不同環(huán)境的變化。比如運用4D打印技術的飛機，在面臨特定環(huán)境變化時可以實現(xiàn)自我分解，以最為理想的狀態(tài)給乘客提供保護；在航天方面也能為人類更深入地探索宇宙奧秘提供更大的便利。

同樣，對于日常的工業(yè)領域而言，4D打印技術將徹底改變當前制造與商業(yè)的業(yè)態(tài)形式；同時還將簡化工業(yè)制造中的繁瑣環(huán)節(jié)，將浪費降到最低，實現(xiàn)能源利用最大化。

2.大幅降低制造成本并取代人工組裝成本。不論是現(xiàn)代制造技術，還是基于工業(yè)4.0、中國制造2025的新制造技術，對于生產(chǎn)復雜或者個性訂制產(chǎn)品來說，制造和組裝成本都是偏高的，甚至還會隨著部件的復雜程度同比例上漲。而在4D打印技術支持下的產(chǎn)品制造，部件與產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)的難易程度將變得不再重要。因為通過對整體產(chǎn)品不同部件進行的一體化打印，以及可變形自組裝將讓組裝成本化整為零，由此最大幅度地降低產(chǎn)品的生產(chǎn)制造成本。

4D打印的產(chǎn)品部件，將不再需要廠家或用戶自行組裝。廠商根據(jù)用戶的需要，將所制造的產(chǎn)品運送到指定地點放置好后，用戶在需要的時候直接給予介質(zhì)觸發(fā)，打印物就會實現(xiàn)自動組裝，這就取代了當前依賴人力進行組裝搭建或拆解的方式，人力成本也將由此得到釋放。

3.4D打印為人體派駐癌癥疫苗。借助3D打印技術進行一些器官、肢體打印并與患者有效匹配，已經(jīng)在醫(yī)學領域被證實應用的可行性。尤其對于一些相對骨質(zhì)的肢體，應用3D打印技術更是不在話下；對于一些軟組織器官，3D打印技術的應用也在不斷嘗試中。

在3D打印技術發(fā)展的基礎上，4D打印將進一步升級腦洞思維、開闊視野格局。甚至，人類對于4D打印的最具顛覆性技術應用，將不是局限于器官、肢體的打印，而是人體細胞的打印。通過打印這些納米級與人體細胞類似的藥物細胞，將相對應的癌細胞病毒設置為介質(zhì)觸發(fā)源，然后將其注射到人體內(nèi)環(huán)境。那么，當這些4D打印的“人體衛(wèi)士”細胞在體內(nèi)巡邏時，一旦遇到癌細胞就能觸發(fā)形變，實現(xiàn)點對點的藥物釋放，從而將癌細胞病毒消滅，并隨人體代謝排出體外。

4D打印在該方面的應用，或許將成為人類戰(zhàn)勝癌癥的一條有效技術通道。由此以后，人類體內(nèi)將常駐“人體衛(wèi)士”——癌癥疫苗，時刻監(jiān)測著體內(nèi)環(huán)境的癌細胞變化，徹底杜絕癌癥病變的機會。同樣，對于人類所接觸的一些未知病毒，也可以借助于4D打印技術以疫苗的形式注射進人體進行預防。

4.推動私人訂制向私人工廠邁進。在3D打印技術以前，私人個性化訂制幾乎不太可能，我們所有的消費只能基于工業(yè)批量化生產(chǎn)而進行。對于制造商而言，他們需要通過對不同零部件及其供應鏈的整合，從而進行大規(guī)模的工業(yè)化、標準化、自動化生產(chǎn)來降低成本，提升企業(yè)效益，因此很難滿足個性化需求。但到了3D打印時代，滿足消費者的個性化需求將成為生產(chǎn)制造的基本要求，甚至根據(jù)用戶的喜好進行私人訂制也不再是什么問題。

4D打印出現(xiàn)后，其所改變的將不再只是私人訂制的問題，而是讓每個消費者都可以實現(xiàn)自定義工廠、自主化生產(chǎn)。也就是說，未來我們要選用冰箱，將不再是直接購買一臺龐大的冰箱回家，而只需要購買核心的關鍵部件，甚至連關鍵部件都可以自己定義到4D打印機上進行打印，通過不同種材料的打印之后，讓其在我們需要的時候，進行自動連接并組裝成為我們所設想和需要的那臺冰箱。當然，在我們的需求出現(xiàn)變化的時候，例如我們需要更大的冷凍空間，或要將閑置的保鮮空間縮小，那么冰箱將會自動為我們觸發(fā)組裝，并自我調(diào)整空間大小以適應我們的需求。

這與私人訂制存在的最大區(qū)別是，我們不僅可以表達自己的想法、構(gòu)建自己的生活，還可以借助于4D打印技術在家里定義屬于自己的創(chuàng)新“工廠”。

5.創(chuàng)新速度將被進一步驅(qū)動。傳統(tǒng)工業(yè)制造所面臨的一個問題，就是從產(chǎn)品立項到開發(fā)到上市銷售，通常需要經(jīng)歷一個漫長的周期，短則半年，長則數(shù)年。因為這中間牽涉到批量制造的穩(wěn)定性、模具的制造與壽命等，而這些問題都在不同程度上制約了產(chǎn)品創(chuàng)新的時間周期。endprint

4D打印技術的出現(xiàn)與運用，不僅可以讓我們的想法將被快速打印，而且可以將多種可能的修正要素預設在打印的材料方案中。由此在物品初打印成型之后，我們可以根據(jù)自己的想法驅(qū)動它實現(xiàn)自我變形、完善、修正，這對于追求創(chuàng)新、個性、差異化的人群而言無疑是一件極具意義且妙不可言的事情。

而且，這些個人想法的快速實現(xiàn)將大大縮短創(chuàng)新的時間長度；對于傳統(tǒng)的工業(yè)化企業(yè)而言也是如此。或許在不久的將來，因為4D打印技術的運用，傳統(tǒng)工廠所出售的將不再是產(chǎn)品，而是多年沉淀的技術與服務。用戶通過購買其技術能力與制造經(jīng)驗，以協(xié)助自己根據(jù)想法創(chuàng)新產(chǎn)品。

6.4D打印將顛覆傳統(tǒng)商業(yè)模式。隨著4D打印技術的到來、成熟與普及，我們現(xiàn)在以整體物件銷售為主的模式將得到顛覆，一些關鍵零部件都將以配件的方式存在于各種商超之中。用戶所購買的也將不再是已有的產(chǎn)品固態(tài)，而是根據(jù)自己的想法購買相應的關鍵部件，然后將其與所打印的部件進行連接，有效實現(xiàn)“獨一無二”的創(chuàng)意需求。

由此所帶來的商業(yè)模式改變將會是巨大的。一方面，當前以銷售整體產(chǎn)品為主的商場、超市，未來或?qū)⒁蕴峁?D訂制打印服務與技術支持服務為主，不再以實際整體產(chǎn)品的銷售形式存在；另一方面，一些從事于創(chuàng)意工作的人群，將通過為消費者提供創(chuàng)意設計，并為其提供4D打印服務而獲得商業(yè)價值；此外，還會催生出以零部件供應為主的各種小型連鎖商場、超市。同時，基于4D打印技術運用而帶來的新商業(yè)模式，還會對宜家這種以創(chuàng)意設計銷售為主，尚需要用戶自行組裝完成產(chǎn)品的商業(yè)模式來說，也將會是一種顛覆，因為4D打印出來的產(chǎn)品將不再需要組裝。

7.知識產(chǎn)權(quán)的監(jiān)管備受挑戰(zhàn)。如同3D打印的應用一樣，4D打印也在存在著“雙刃劍”的問題。比如，4D打印可以輕而易舉地打印出槍支器械、毒品、藥品等諸多原本難以想象的物品；甚至DIY的藥物生產(chǎn)，還將打破制作藥物和化合物相對統(tǒng)一和一致的配方，它容許人們設計和生產(chǎn)自己的藥物和強力化學品。這無疑將成為監(jiān)管部門的噩夢。

此外，就如同現(xiàn)在3D打印面臨著的爭議一樣，如何鑒定4D打印在復制擁有版權(quán)的產(chǎn)品設計時的知識產(chǎn)權(quán)問題？尤其，4D打印的產(chǎn)品還能自我變化，進一步增加了取證的難度。

關于4D打印的知識產(chǎn)權(quán)，或許我們可以打一個這樣的比方，它就好比小朋友玩積木，搭出來什么東西就是什么東西。但是在這樣的情況下，又有誰能說自己搭出來的東西是專利，具有知識產(chǎn)權(quán)，而別人就不可以也搭出同樣或者差不多的東西嗎？或許這時候，關于專利、知識產(chǎn)權(quán)的話題，可以順勢轉(zhuǎn)移到積木上，而非積木的搭法。

3D打印機從構(gòu)想到廣泛應用于生產(chǎn)和生活中只用了20年的時間，4D打印目前在軍事、醫(yī)療等領域已經(jīng)展開了探索。相信不久的將來，4D打印將如當前的3D打印一樣走入我們的生活。endprint