4D打印

笨藤5

4D打印是增材制造技術(shù)的最新進(jìn)展，在3D打印的基礎(chǔ)上增加了時間維度,。借助4D打印技術(shù)，產(chǎn)品可在特定情境下隨特定外界刺激實現(xiàn)自動形變,、自動修復(fù),、自動組裝,。4D打印技術(shù)的最新進(jìn)展和應(yīng)用前景,，并從經(jīng)濟角度出發(fā),，結(jié)合歷史,、現(xiàn)實與未來，對智能制造時代的工業(yè),、商業(yè)與社會變革進(jìn)行了展望，對以4D打印為最前沿的技術(shù)革新給未來工作與生活,、產(chǎn)業(yè)與商業(yè)帶來的深遠(yuǎn)影響進(jìn)行了詳細(xì)分析,。

　　4D打印：3D打印的沿襲和升華

　　就像當(dāng)前所有的制造過程一樣,，3D打印是造物呈現(xiàn)的終結(jié),；而4D打印則是造物呈現(xiàn)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(shè)計的導(dǎo)引下,，經(jīng)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(jìn)行了創(chuàng)新,，從而由過去的三維擴展為四維。4D打印在3D打印的基礎(chǔ)上增加了時間維度,，也就是說,，4D打印的產(chǎn)品是可以隨時間和外界刺激變化而改變的物體，這種性質(zhì)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(xiàn)為產(chǎn)品形態(tài)的不同,。3D打印只能按照預(yù)設(shè)的形狀打印,，產(chǎn)品一旦成型，形態(tài)不能發(fā)生變化,。而在4D打印時代,，人們可以通過軟件設(shè)定模型和條件，產(chǎn)品會在設(shè)定的時間或條件下自動變化為所需的形狀,。4D打印產(chǎn)品的自我組裝特征是直接將設(shè)計內(nèi)置到物料當(dāng)中實現(xiàn)的,，不需要連接任何復(fù)雜的機電設(shè)備，就能使得產(chǎn)品按照設(shè)計自動折疊成相應(yīng)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(shù)制造鍋碗瓢盆等廚房用品在技術(shù)上并無難度,，但效果上與4D打印技術(shù)卻無法相提并論——應(yīng)用4D打印技術(shù)制造的這些物品可根據(jù)用戶炒菜量的大小自動改變?nèi)莘e，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(fā)愁了,。

　　三,、4D打印比3D打印具有更大的發(fā)展前景

　　4D打印的產(chǎn)品在成型后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(tài)演變能力,。顯然,，4D打印將讓生產(chǎn)與生活更加智能，不僅能創(chuàng)造出產(chǎn)品,，更能使產(chǎn)品根據(jù)環(huán)境變化和需要自行變化,，無需人工組裝和修復(fù)，大大降低了人力成本,。

　　4D打印的發(fā)展前景十分廣闊,，作為一項顛覆性技術(shù)，它將創(chuàng)造出“可被編程的世界”將對傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)生革命性影響,。4D打印的制造者們只需下載產(chǎn)品設(shè)計程序,，就可通過采集和編程制造出所需產(chǎn)品；4D打印所造成的工業(yè)排放幾乎可以忽略不計,，在真正意義上實現(xiàn)綠色生產(chǎn),，從而開辟制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新途徑，并改變傳統(tǒng)的制造業(yè)模式,。

　　四,、4D打印的本質(zhì)是“智能制造”

　　作為傳統(tǒng)制造業(yè)的變革方向和新技術(shù)創(chuàng)業(yè)者的契機，4D打印代表著“智能制造”的大勢所趨,，具有十大獨特優(yōu)勢：

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　　不論是當(dāng)前的制造技術(shù)，還是“工業(yè)4.0”“中國制造2025”等國家戰(zhàn)略展望的新型制造技術(shù),，在生產(chǎn)復(fù)雜或訂制化的產(chǎn)品時,，制造和組裝成本都是一個問題。

　　而在4D打印技術(shù)支持下的產(chǎn)品制造,，部件與產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度將變得不再重要,，因為對整體產(chǎn)品不同部件進(jìn)行的一體化打印以及產(chǎn)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(chǎn)品的生產(chǎn)制造成本,。

　　（二）個性化訂制成本不變

　　在當(dāng)前的制造技術(shù)與環(huán)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。

　　伴隨著4D打印技術(shù)的介入,，訂制的成本將與傳統(tǒng)批量化制造的成本趨同,，甚至更加低廉。因為在傳統(tǒng)制造中被認(rèn)為是很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和工藝，借助4D打印技術(shù)都將變得簡單,，成本不會因部件復(fù)雜程度的變化而波動,。

　　（三）消除人工組裝成本

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

　　（四）零庫存的生產(chǎn)方式

　　當(dāng)前的生產(chǎn)制造企業(yè)追求盡量降低產(chǎn)品的庫存,，因為一旦銷售周轉(zhuǎn)放緩,，將直接導(dǎo)致資金周轉(zhuǎn)率降低，進(jìn)而影響利潤,。

　　通過4D打印技術(shù)進(jìn)行的生產(chǎn)制造將有效緩解這個問題,。企業(yè)根據(jù)消費者的想法隨時提供產(chǎn)品設(shè)計、打印制造服務(wù),，做到“即買即造,、即造即銷”，真正取代傳統(tǒng)的庫存銷售方式,。

　�,。ㄎ澹┓糯髣�(chuàng)意空間

　　對于很多設(shè)計師而言，最痛苦的事莫過于創(chuàng)意很“豐滿”,，制造現(xiàn)實卻很“骨感”,。滿滿的創(chuàng)意受制于傳統(tǒng)加工制造技術(shù)，往往無法完全體現(xiàn)在產(chǎn)品上,。

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

　�,。�六）降低制造專業(yè)性

　　當(dāng)前的制造業(yè)不論是簡單或復(fù)雜,，都在一定程度上對生產(chǎn)工人的專業(yè)性和熟練性提出了要求，而技術(shù)的培養(yǎng)需要經(jīng)過多年的訓(xùn)練和沉淀,，期間還存在所培養(yǎng)的技術(shù)人才流失的風(fēng)險,。

　　4D打印技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了制造復(fù)雜部件對于專業(yè)技能的要求，將有效降低制造的專業(yè)門檻和人才的流失風(fēng)險,。

　�,。ㄆ撸┯行Ш喕�制造環(huán)節(jié)

　　大部分產(chǎn)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(shè)備,。對廠家來說,，各式設(shè)備不僅占據(jù)了較大的場地空間，也讓制造成本水漲船高,。

　　4D打印技術(shù)則全然不同,，只需要一臺打印機，即可使用不同材料,、依照用戶設(shè)定直接打印不同的部件或整體產(chǎn)品,，打印生成的部件還可以實現(xiàn)自行組裝。

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　　傳統(tǒng)制造企業(yè)最常規(guī)的生產(chǎn)制造考核指標(biāo)就是對不良產(chǎn)品生產(chǎn)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(jié),，決定著產(chǎn)品能否滿足用戶需求的關(guān)鍵將被轉(zhuǎn)移至設(shè)計端,。也就是說，未來決定產(chǎn)品是否合格的關(guān)鍵要素不再是制造,，而是設(shè)計,，設(shè)計師將成為制造業(yè)的靈魂。

　�,。ň牛┎牧蠠o限組合

　　當(dāng)今的制造技術(shù)要將不同原材料結(jié)合成一件產(chǎn)品是比較困難的,，因為傳統(tǒng)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(shù)在一些領(lǐng)域已經(jīng)有所應(yīng)用,，但其成本與不良率都相對較高,。

　　4D打印技術(shù)的出現(xiàn)將改變這一現(xiàn)狀。在4D打印的過程中,，我們可以將多種不同材料通過同一臺設(shè)備進(jìn)行混合打印,，這也就意味著在不久的將來，復(fù)雜如汽車的產(chǎn)品也將直接通過打印的方式被生產(chǎn)制造出來,。

　�,。ㄊ�）批量一致性堪稱完美

　　盡管現(xiàn)代制造技術(shù)借助于模具在一定程度上保障了產(chǎn)品生產(chǎn)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(shù)將讓產(chǎn)品的復(fù)制難題得到徹底解決,。依托4D打印技術(shù)，批量生產(chǎn)就如同復(fù)制數(shù)字文件般簡單,，而產(chǎn)品間的一致性程度也將如數(shù)字文件的拷貝一樣高,。

　　這些優(yōu)勢并不是科幻,，有相當(dāng)部分已經(jīng)在3D打印技術(shù)層面得到了實現(xiàn)。隨著4D打印技術(shù)的不斷成熟,，我們在新的工業(yè)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(xiàn)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(shù)的發(fā)展必然會有利于4D打印技術(shù)的探索,、應(yīng)用，其中包括對設(shè)計軟件的推動,。4D打印與3D打印最大的區(qū)別在于給設(shè)計師增加了更多的可能與挑戰(zhàn),，如產(chǎn)品不同形態(tài)變化下的美感、功能,，或產(chǎn)品最佳形態(tài)變化方式的預(yù)期等,，這些將考驗設(shè)計師的智慧，同時也將給設(shè)計學(xué)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(xù)和升華。眾所周知,，工業(yè)革命推動了制造業(yè)的發(fā)展和騰飛,。歷史已經(jīng)見證了三次工業(yè)革命，每一次都帶來了社會關(guān)系的重大變革,，大大促進(jìn)了社會生產(chǎn)力的發(fā)展,，改變了工業(yè)布局，推動了國際經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整,，促使世界各國經(jīng)濟相互依存,、聯(lián)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(yè)革命的到來,？（轉(zhuǎn)載；亞集科技資訊）