3D打印現(xiàn)實(shí)與4D打印未來(lái)下的中國(guó)機(jī)遇與挑戰(zhàn)

4D打印

3D打印技術(shù)打印出來(lái)的產(chǎn)品是一個(gè)在三維空間里有著固定形態(tài)的物品，4D打印創(chuàng)造的產(chǎn)品則能根據(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。3D打印的出現(xiàn)和4D打印的未來(lái)發(fā)展,，將給制造大國(guó)中國(guó)帶來(lái)新的機(jī)遇與挑戰(zhàn),。

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(guó)制造2025”來(lái)了,；當(dāng)我們正在為3D打印時(shí)代的到來(lái)而吶喊時(shí),，4D打印卻悄悄地來(lái)到了我們的身邊。

4D打印概念

4D打印概念或許對(duì)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(hào)，在美國(guó)加州舉辦的TED 2013大會(huì)上,，來(lái)自美國(guó)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(guò)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(lái)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(duì)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(shì),，還是從當(dāng)前挖掘科技價(jià)值、探索未來(lái)商業(yè)的方向來(lái)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(lái)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(guó)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(guó)《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(guó)家政府層面開(kāi)始關(guān)注4D打印技術(shù),，尤其是以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)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(shuō)，3D打印技術(shù)打印出來(lái)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(guò)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,。總而言之，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(duì)當(dāng)下的制造業(yè)將是一種極大的挑戰(zhàn),，尤其是對(duì)于作為傳統(tǒng)制造大國(guó)的中國(guó)來(lái)說(shuō)更是更是一大挑戰(zhàn),。

中國(guó)傳統(tǒng)制造大國(guó)地位還能堅(jiān)挺多久？

2009年,，中國(guó)取代日本成為僅次于美國(guó)的世界第二大貿(mào)易國(guó),，并成功超越德國(guó)成為世界第一大出口國(guó)。同時(shí),，中國(guó)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(guó)的全球第二大工業(yè)制造國(guó)。

時(shí)過(guò)境遷,，眼下在中國(guó)雇用一名工人的花費(fèi),，在泰國(guó)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(guó)勞動(dòng)力成本廉價(jià)的優(yōu)勢(shì)已不復(fù)存在。與此同時(shí),，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的政策,，縮小外國(guó)競(jìng)爭(zhēng)者的成本優(yōu)勢(shì),，以增強(qiáng)其制造業(yè)吸引力。目前,，美國(guó)政府已經(jīng)和正在采取的降低本國(guó)制造業(yè)成本的措施包括：對(duì)海外生產(chǎn)遷返回國(guó)的公司予以稅收優(yōu)惠刺激,，對(duì)沒(méi)有遷返回國(guó)的公司征收懲罰性稅款；降低美國(guó)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(guó)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(kāi)發(fā)新技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn),，確保美國(guó)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(hù)所需要的產(chǎn)品。

與此同時(shí)，近30年來(lái)幾乎順風(fēng)順?biāo)�,、打遍天下無(wú)敵手的中國(guó)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(shì)的廉價(jià)勞動(dòng)力不復(fù)存在,，中國(guó)還有哪些優(yōu)勢(shì)繼續(xù)維持傳統(tǒng)制造大國(guó)地位,？

3D、4D打印下的中國(guó)機(jī)遇與挑戰(zhàn)

3D打印的出現(xiàn),，4D打印的到來(lái),，無(wú)論對(duì)于有著“再工業(yè)化”需求的歐美國(guó)家，還是要保住傳統(tǒng)制造優(yōu)勢(shì)地位的中國(guó)來(lái)說(shuō),，都是一縷希望的曙光,。

首先，隨著3D技術(shù)的到來(lái),，社會(huì)制造對(duì)產(chǎn)業(yè)工人需求的減少將迅速體現(xiàn)出來(lái)，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(lái),，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(guó)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(guó)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(guó)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(yíng)部門(mén)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(zhǎng),，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(guó)領(lǐng)導(dǎo)人核安全峰會(huì)期間,，還專(zhuān)門(mén)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(guò)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(guò)往的風(fēng)景,。

同樣，紛至沓來(lái)的3D打印和4D打印,，對(duì)中國(guó)既是希望也是挑戰(zhàn),。

據(jù)《美國(guó)推進(jìn)第三次工業(yè)革命的戰(zhàn)略及對(duì)中國(guó)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(guó)的創(chuàng)新技術(shù)排名全球第10位,，而中國(guó)位列第34位。就人力資本和研發(fā)能力而言,，美國(guó)的排名是全球第22位,，中國(guó)的排名是全球第84位。這當(dāng)中的差距應(yīng)該是中國(guó)制造業(yè)面臨的最大的問(wèn)題,。

在2012年,，美國(guó)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(guó)的“外交雜志”網(wǎng)站發(fā)表過(guò)一篇名為《制造業(yè)的未來(lái)在美國(guó)而不在中國(guó)》的文章，認(rèn)為“技術(shù)的進(jìn)步會(huì)使中國(guó)的制造業(yè)迅速衰落,，就如同美國(guó)制造業(yè)迅速衰落的那20年一樣”,。按照VivekWadhwa的觀點(diǎn)，人類(lèi)未來(lái)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(guó)獲得了一個(gè)千載難逢的機(jī)會(huì)：一個(gè)可以與美國(guó)、德國(guó)平等競(jìng)爭(zhēng),、同臺(tái)亮相的機(jī)會(huì),。因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域中，前無(wú)古人,。無(wú)論大企業(yè),、小企業(yè)，都在一個(gè)起跑線(xiàn)上開(kāi)始,，不像其他領(lǐng)域那樣,，中國(guó)企業(yè)被國(guó)際大公司設(shè)下的“專(zhuān)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(guó)有史以來(lái)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(guó)的3D打印技術(shù)的發(fā)展與西方國(guó)家相比,，差距并不是太大,。西方國(guó)家能研發(fā)多噴頭的打印機(jī)，我們同樣能夠做到,；西方國(guó)家有相關(guān)專(zhuān)利,，我們的專(zhuān)利也不少；甚至我們的很多打印材料優(yōu)于西方國(guó)家,。

從20世紀(jì)90年代以來(lái),，我國(guó)多所高校已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)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(shì)；華中科技大學(xué)在分層實(shí)體制造工藝方面有優(yōu)勢(shì),，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(kāi)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(guó)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(guó)與西方國(guó)家站到了新興工業(yè)革命的同一起跑線(xiàn)上,，但不可否認(rèn),，我國(guó)尚缺乏一個(gè)讓創(chuàng)新人才成長(zhǎng)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(duì)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(guó)內(nèi)尚無(wú)專(zhuān)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(jí)，大部分企業(yè)集中在1000萬(wàn)~2000萬(wàn)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(yíng)模式，走的是生產(chǎn)設(shè)備,、賣(mài)設(shè)備的老路,。這也導(dǎo)致3D打印在國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)接受度仍然較低,，國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)研發(fā)水平與國(guó)外相比仍有差距。

缺乏創(chuàng)新將制約中國(guó)3D打印需求的發(fā)展,。加工制造目前仍然是中國(guó)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(guó)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(guó)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(lài)進(jìn)口,。這一產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過(guò)程中還要遭遇技術(shù)瓶頸、投資撤離等風(fēng)險(xiǎn),。

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

4D打印下的未來(lái)“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(duì)于當(dāng)下的購(gòu)物商場(chǎng),，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(jí)打印機(jī)將走入千家萬(wàn)戶(hù),，用戶(hù)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(guò)產(chǎn)品的形式打印出來(lái)，并借助于信息工具完成傳播,、交易等,。個(gè)人用戶(hù)在4D打印時(shí)代所扮演的角色是多元的，既是用戶(hù),、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(wú)法想象的全新面貌,。

來(lái)自《中國(guó)工業(yè)評(píng)論》雜志2016年第1期
作者 陳 根：智能穿戴和智能家居產(chǎn)業(yè)專(zhuān)家，科技,、財(cái)經(jīng)評(píng)論員,，科技暢銷(xiāo)書(shū)作家。