3D打印技術(shù)打印出來的產(chǎn)品是一個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，在時間的維度里發(fā)生變化。3D打印的出現(xiàn)和4D打印的未來發(fā)展，將給制造大國中國帶來新的機遇與挑戰(zhàn)。
這個時代的科技發(fā)展正在以超越我們有限認知的速度進化，當(dāng)我們還在為柔性制造吶喊時“中國制造2025”來了；當(dāng)我們正在為3D打印時代的到來而吶喊時，4D打印卻悄悄地來到了我們的身邊。
4D打印概念
4D打印概念或許對于今天的大眾而言有些陌生。其實，4D打印技術(shù)是在兩年前提出的。2013年2月25號，在美國加州舉辦的TED 2013大會上，來自美國麻省理工學(xué)院的斯凱拉·蒂比茨展示了4D打印技術(shù)，并且是通過一個完整的實驗向與會者展示的，并借助實驗加以闡述。從時間緯度來看，4D打印技術(shù)的提出與3D打印技術(shù)熱潮的出現(xiàn)差不多同時發(fā)生；但目前大家的關(guān)注點幾乎都放在3D打印技術(shù)上，忽視了對4D打印技術(shù)的關(guān)注。事實上，不論我們是向前看科技發(fā)展的趨勢，還是從當(dāng)前挖掘科技價值、探索未來商業(yè)的方向來看，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)未來整個商業(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年美國麻省理工學(xué)院就已經(jīng)展示出了一個關(guān)于4D打印技術(shù)的實驗，但該技術(shù)當(dāng)時并未引起太大關(guān)注。一直到2014年10月8日，美國《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，才讓很多國家政府層面開始關(guān)注4D打印技術(shù)，尤其是以美國為首的發(fā)達國家，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“D”的維度，也就是時間“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，3D打印技術(shù)打印出來的東西是一個在三維空間里有著固定形態(tài)的物品，除了使用過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)。這對當(dāng)下的制造業(yè)將是一種極大的挑戰(zhàn)，尤其是對于作為傳統(tǒng)制造大國的中國來說更是更是一大挑戰(zhàn)。
中國傳統(tǒng)制造大國地位還能堅挺多久？
2009年，中國取代日本成為僅次于美國的世界第二大貿(mào)易國，并成功超越德國成為世界第一大出口國。同時，中國制造業(yè)在全球制造業(yè)總值中所占比例也達到15.6%，成為僅次于美國的全球第二大工業(yè)制造國。
時過境遷，眼下在中國雇用一名工人的花費，在泰國可以雇用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。中國勞動力成本廉價的優(yōu)勢已不復(fù)存在。與此同時，美國等發(fā)達國家高調(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國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的政策，縮小外國競爭者的成本優(yōu)勢，以增強其制造業(yè)吸引力。目前，美國政府已經(jīng)和正在采取的降低本國制造業(yè)成本的措施包括：對海外生產(chǎn)遷返回國的公司予以稅收優(yōu)惠刺激，對沒有遷返回國的公司征收懲罰性稅款；降低美國制造業(yè)的稅收負擔(dān)，并使暫時性減稅措施永久化，以提高美國制造業(yè)吸引資本和投資的能力；改革醫(yī)療保險，降低醫(yī)療保險成本；減少管制和司法訴訟成本；實施節(jié)能計劃，降低能源成本；鼓勵創(chuàng)新投資，促進技術(shù)擴散，降低開發(fā)新技術(shù)的風(fēng)險，確保美國企業(yè)致力于設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)含量高且為世界客戶所需要的產(chǎn)品。
與此同時，近30年來幾乎順風(fēng)順?biāo)?、打遍天下無敵手的中國制造業(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)勢的廉價勞動力不復(fù)存在，中國還有哪些優(yōu)勢繼續(xù)維持傳統(tǒng)制造大國地位？
3D、4D打印下的中國機遇與挑戰(zhàn)
3D打印的出現(xiàn)，4D打印的到來，無論對于有著“再工業(yè)化”需求的歐美國家，還是要保住傳統(tǒng)制造優(yōu)勢地位的中國來說，都是一縷希望的曙光。
首先，隨著3D技術(shù)的到來，社會制造對產(chǎn)業(yè)工人需求的減少將迅速體現(xiàn)出來，人力不再是稀缺資源。只要有一臺打印機，在哪里都可以生產(chǎn)。如此一來，智力成本的附加值在社會生產(chǎn)中所占的比例將會進一步加大。所以，面臨制造業(yè)洼地的美國政府，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，在全國范圍內(nèi)，促成一個由多達15個制造創(chuàng)新機構(gòu)構(gòu)成的創(chuàng)造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。這些機構(gòu)有各自的研究重點，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，以實現(xiàn)利用數(shù)字化設(shè)計進行低成本小批量的生產(chǎn)。
美國政府甚至在2012年8月16日宣布，在俄亥俄州建立一所由政府和私營部門共同出資的制造業(yè)創(chuàng)新研究所，主要研發(fā)3D打印技術(shù)，以帶動制造業(yè)創(chuàng)新和增長，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國領(lǐng)導(dǎo)人核安全峰會期間，還專門參觀了荷蘭的“3D打印運河房屋”項目。該項目已經(jīng)成為荷蘭的一個景點，它所打印的不再是純粹的模型，而是一個全尺寸“模型”。這些房屋原本是荷蘭過去的富商在阿姆斯特丹沿著運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)過往的風(fēng)景。
同樣，紛至沓來的3D打印和4D打印，對中國既是希望也是挑戰(zhàn)。
據(jù)《美國推進第三次工業(yè)革命的戰(zhàn)略及對中國借鑒》一文中的數(shù)據(jù)顯示：中美之間的實力差距主要體現(xiàn)在創(chuàng)新能力上。2012年，美國的創(chuàng)新技術(shù)排名全球第10位，而中國位列第34位。就人力資本和研發(fā)能力而言，美國的排名是全球第22位，中國的排名是全球第84位。這當(dāng)中的差距應(yīng)該是中國制造業(yè)面臨的最大的問題。
在2012年，美國杜克大學(xué)的企業(yè)家精神與商業(yè)化研究中心主任VivekWadhwa在美國的“外交雜志”網(wǎng)站發(fā)表過一篇名為《制造業(yè)的未來在美國而不在中國》的文章，認為“技術(shù)的進步會使中國的制造業(yè)迅速衰落，就如同美國制造業(yè)迅速衰落的那20年一樣”。按照VivekWadhwa的觀點，人類未來的經(jīng)濟模式將是創(chuàng)造者經(jīng)濟，而不再是大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，取而代之的將是個人化的3D打印為主的生產(chǎn)模式。
在這一特殊時期，在3D打印這個高科技領(lǐng)域，中國獲得了一個千載難逢的機會：一個可以與美國、德國平等競爭、同臺亮相的機會。因為在這個領(lǐng)域中，前無古人。無論大企業(yè)、小企業(yè)，都在一個起跑線上開始，不像其他領(lǐng)域那樣，中國企業(yè)被國際大公司設(shè)下的“專利池”死死地困住。
“3D打印是第三次工業(yè)革命的標(biāo)志之一，也是我國有史以來第一次有機會參與新一次工業(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，我國的3D打印技術(shù)的發(fā)展與西方國家相比，差距并不是太大。西方國家能研發(fā)多噴頭的打印機，我們同樣能夠做到；西方國家有相關(guān)專利，我們的專利也不少；甚至我們的很多打印材料優(yōu)于西方國家。
從20世紀(jì)90年代以來，我國多所高校已經(jīng)陸續(xù)開展了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、分層實體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優(yōu)勢；華中科技大學(xué)在分層實體制造工藝方面有優(yōu)勢，并已推出了HRP系列成型機和成型材料；西安交通大學(xué)自主研制了三維打印機噴頭，并開發(fā)了光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)成型材料，成型精度達到0.2mm；中國科技大學(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。
雖然中國與西方國家站到了新興工業(yè)革命的同一起跑線上，但不可否認，我國尚缺乏一個讓創(chuàng)新人才成長的土壤和環(huán)境，我們的企業(yè)家也缺乏那種做事的“執(zhí)著、敬業(yè)和獻身精神”。所以，對于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，國內(nèi)尚無專業(yè)機構(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)值僅達億元級，大部分企業(yè)集中在1000萬~2000萬元的水平。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)運營模式，走的是生產(chǎn)設(shè)備、賣設(shè)備的老路。這也導(dǎo)致3D打印在國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化和市場接受度仍然較低，國內(nèi)3D打印技術(shù)研發(fā)水平與國外相比仍有差距。
缺乏創(chuàng)新將制約中國3D打印需求的發(fā)展。加工制造目前仍然是中國制造業(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進口。這一產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過程中還要遭遇技術(shù)瓶頸、投資撤離等風(fēng)險。
我國正在大力推進實施工業(yè)轉(zhuǎn)型升級戰(zhàn)略。工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，從本質(zhì)上說是向產(chǎn)業(yè)鏈的高價值環(huán)節(jié)升級，意味著中國工業(yè)要從低成本的要素競爭轉(zhuǎn)向創(chuàng)新驅(qū)動的競爭優(yōu)勢。而要完成工業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級，就必須有三大創(chuàng)新來驅(qū)動和支撐：
一是制度創(chuàng)新，制度創(chuàng)新是中國能否成為工業(yè)強國的決定性條件；
二是科技創(chuàng)新，科技創(chuàng)新是中國工業(yè)能否真正“后來居上”的關(guān)鍵因素；三是教育創(chuàng)新，教育創(chuàng)新是中國工業(yè)擁有一大批創(chuàng)新型人才建設(shè)工業(yè)強國的主要保障。
4D打印下的未來“工廠”
在4D打印時代，大部分商品并不需要借助于工廠進行生產(chǎn)，而是圍繞著一個社區(qū)或者幾個社區(qū)配置不同的4D打印機。不論是對于當(dāng)下的購物商場，還是四處布道的電子商務(wù)平臺，當(dāng)前采用的商業(yè)方式所存在的價值與意義將逐漸喪失。桌面級打印機將走入千家萬戶，用戶可以根據(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)意通過產(chǎn)品的形式打印出來，并借助于信息工具完成傳播、交易等。個人用戶在4D打印時代所扮演的角色是多元的，既是用戶、消費者，也是生產(chǎn)者。
而打印特殊商品，尤其是比較大型的商品，打印機則由一些機構(gòu)或者個人提供，消費者只需要在物聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)平臺中提出自己的需求或者想法，大數(shù)據(jù)平臺就會根據(jù)消費者需求進行分析，提供最優(yōu)的實現(xiàn)方式。因此，一旦真正進入4D打印時代，商業(yè)生態(tài)將呈現(xiàn)出當(dāng)前無法想象的全新面貌。