4D打印：智能制造時代的工業商業與社會變革

書名：《4D打印：智能制造時代的工業、商業與社會變革》

作者：水木然 慕千里

出版社：機械工業出版社

出版時間：2016年3月

內容簡介

4D打印是增材制造技術的最新進展，在3D打印的基礎上增加了時間維度。借助4D打印技術，產品可在特定情境下隨特定外界刺激實現自動形變、自動修復、自動組裝。本書介紹了4D打印技術的最新進展和應用前景，並從經濟角度出發，結合歷史、現實與未來，對智能制造時代的工業、商業與社會變革進行了展望，對以4D打印為最前沿的技術革新給未來工作與生活、產業與商業帶來的深遠影響進行了詳細分析。

作者簡介

水木然，原鳳凰網專欄作者，曾出版《工業4.0大革命》。互聯網從業八年，喜歡歷史、經濟和互聯網。研究時代變革，致力於引導時代洪流下的青年成長，普及正能量和新思想。

慕千里，東北師范大學企業管理碩士。鍾愛歷史、科技等，目前就職於某世界500強企業，負責新技術及互聯網的研究和拓展，經常為起步階段互聯網公司提供咨詢服務。

4D打印：3D打印的沿襲和升華

就像當前所有的制造過程一樣，3D打印是造物呈現的終結；而4D打印則是造物呈現的開始，就像人類的誕生一樣，3D打印的物體是「死」的，而4D打印的物體卻是「活」的。

一、4D打印是3D打印的沿襲

3D打印和4D打印都是在計算機輔助設計的導引下，經過逐層堆積生成零部件的制造工藝。4D打印基本沿襲了3D打印的工藝原理，只是在所采用的材料上進行了創新，從而由過去的三維擴展為四維。4D打印在3D打印的基礎上增加了時間維度，也就是說，4D打印的產品是可以隨時間和外界刺激變化而改變的物體，這種性質我們可以描述為「自組織」。

二、4D打印是3D打印的升華

4D打印是3D打印的升華，具體表現為產品形態的不同。3D打印只能按照預設的形狀打印，產品一旦成型，形態不能發生變化。而在4D打印時代，人們可以通過軟件設定模型和條件，產品會在設定的時間或條件下自動變化為所需的形狀。4D打印產品的自我組裝特征是直接將設計內置到物料當中實現的，不需要連接任何復雜的機電設備，就能使得產品按照設計自動折疊成相應的形狀。

舉個日常生活中最司空見慣的例子：雖說3D打印技術制造鍋碗瓢盆等廚房用品在技術上並無難度，但效果上與4D打印技術卻無法相提並論——應用4D打印技術制造的這些物品可根據用戶炒菜量的大小自動改變容積，這樣一來，人們就再也不必為家里來了客人了而燉鍋太小而發愁了。

三、4D打印比3D打印具有更大的發展前景

4D打印的產品在成型後仍能在特定時間或特定條件下改變形狀和功能，具有「自組織」功能和動態演變能力。顯然，4D打印將讓生產與生活更加智能，不僅能創造出產品，更能使產品根據環境變化和需要自行變化，無需人工組裝和修復，大大降低了人力成本。

4D打印的發展前景十分廣闊，作為一項顛覆性技術，它將創造出「可被編程的世界」將對傳統制造業產生革命性影響。4D打印的制造者們只需下載產品設計程序，就可通過采集和編程制造出所需產品；4D打印所造成的工業排放幾乎可以忽略不計，在真正意義上實現綠色生產，從而開辟制造業可持續發展的新途徑，並改變傳統的制造業模式。

四、4D打印的本質是「智能制造」

作為傳統制造業的變革方向和新技術創業者的契機，4D打印代表着「智能制造」的大勢所趨，具有十大獨特優勢：

（一）大幅降低制造成本

不論是當前的制造技術，還是「工業4.0」「中國制造2025」等國家戰略展望的新型制造技術，在生產復雜或訂制化的產品時，制造和組裝成本都是一個問題。

而在4D打印技術支持下的產品制造，部件與產品本身結構的復雜程度將變得不再重要，因為對整體產品不同部件進行的一體化打印以及產品的自組織特性，將讓組裝成本化整為零，最大幅度地降低產品的生產制造成本。

（二）個性化訂制成本不變

在當前的制造技術與環境下，小批量訂制的成本仍然較高，而大批量個性化訂制的成本更是難以想象。

伴隨着4D打印技術的介入，訂制的成本將與傳統批量化制造的成本趨同，甚至更加低廉。因為在傳統制造中被認為是很復雜的結構和工藝，借助4D打印技術都將變得簡單，成本不會因部件復雜程度的變化而波動。

（三）消除人工組裝成本

4D打印的產品部件將不再需要廠商或用戶進行組裝。廠商根據用戶的需要，將產品運送到指定地點放置好後，用戶在需要時直接給予介質觸發，產品就會實現自動組裝，這就取代了當前依賴人力進行組裝搭建或拆解的方式，也消除了相應的人工組裝成本。

（四）零庫存的生產方式

當前的生產制造企業追求盡量降低產品的庫存，因為一旦銷售周轉放緩，將直接導致資金周轉率降低，進而影響利潤。

通過4D打印技術進行的生產制造將有效緩解這個問題。企業根據消費者的想法隨時提供產品設計、打印制造服務，做到「即買即造、即造即銷」，真正取代傳統的庫存銷售方式。

（五）放大創意空間

對於很多設計師而言，最痛苦的事莫過於創意很「豐滿」，制造現實卻很「骨感」。滿滿的創意受制於傳統加工制造技術，往往無法完全體現在產品上。

在未來的4D打印時代，可以毫不夸張地說，但凡設計師能描繪出來的創意構想，都能不折不扣地得到實現，真正做到讓創意設計的價值獲得充分綻放。

（六）降低制造專業性

當前的制造業不論是簡單或復雜，都在一定程度上對生產工人的專業性和熟練性提出了要求，而技術的培養需要經過多年的訓練和沉淀，期間還存在所培養的技術人才流失的風險。

4D打印技術的應用，大大降低了制造復雜部件對於專業技能的要求，將有效降低制造的專業門檻和人才的流失風險。

（七）有效簡化制造環節

大部分產品是由多個零部件組裝而成的，而不同零部件需要不同的配套制造設備。對廠家來說，各式設備不僅占據了較大的場地空間，也讓制造成本水漲船高。

4D打印技術則全然不同，只需要一台打印機，即可使用不同材料、依照用戶設定直接打印不同的部件或整體產品，打印生成的部件還可以實現自行組裝。

（八）不良率將成為過去式

傳統制造企業最常規的生產制造考核指標就是對不良產品生產率的控制。而在4D打印時代，不良率這個名詞將走向歷史的終結，決定着產品能否滿足用戶需求的關鍵將被轉移至設計端。也就是說，未來決定產品是否合格的關鍵要素不再是制造，而是設計，設計師將成為制造業的靈魂。

（九）材料無限組合

當今的制造技術要將不同原材料結合成一件產品是比較困難的，因為傳統的制造機器在切割或成型過程中不能輕易地將多種原材料融合在一起。盡管多種材料的混合注塑技術在一些領域已經有所應用，但其成本與不良率都相對較高。

4D打印技術的出現將改變這一現狀。在4D打印的過程中，我們可以將多種不同材料通過同一台設備進行混合打印，這也就意味着在不久的將來，復雜如汽車的產品也將直接通過打印的方式被生產制造出來。

（十）批量一致性堪稱完美

盡管現代制造技術借助於模具在一定程度上保障了產品生產的一致性，但還是難以獲得批量一致性的百分百保障。

4D打印技術將讓產品的復制難題得到徹底解決。依托4D打印技術，批量生產就如同復制數字文件般簡單，而產品間的一致性程度也將如數字文件的拷貝一樣高。

這些優勢並不是科幻，有相當部分已經在3D打印技術層面得到了實現。隨着4D打印技術的不斷成熟，我們在新的工業時代的制造方式、生活方式將被「打印」重新改寫。

有了3D打印，任何想象都可以被打印成現實，而有了4D打印，我們的想法將被賦予更多的變化與可能。3D打印技術的發展必然會有利於4D打印技術的探索、應用，其中包括對設計軟件的推動。4D打印與3D打印最大的區別在於給設計師增加了更多的可能與挑戰，如產品不同形態變化下的美感、功能，或產品最佳形態變化方式的預期等，這些將考驗設計師的智慧，同時也將給設計學科帶來一些改變。

4D打印的「智能制造」是3D打印「個性化制造」的延續和升華。眾所周知，工業革命推動了制造業的發展和騰飛。歷史已經見證了三次工業革命，每一次都帶來了社會關系的重大變革，大大促進了社會生產力的發展，改變了工業布局，推動了國際經濟結構的調整，促使世界各國經濟相互依存、聯系更加緊密。

4D打印將給人類社會帶來那些變化？會不會推動第四次工業革命的到來？

【作者：和訊獨家】【了解詳情請點擊:www.hexun.com】