《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 嵌入式技術(shù) > 業(yè)界動(dòng)態(tài) > 中國的機(jī)遇與挑戰(zhàn) 3D打印的現(xiàn)實(shí)4D打印的未來

中國的機(jī)遇與挑戰(zhàn) 3D打印的現(xiàn)實(shí)4D打印的未來

2016-01-29

       3D打印技術(shù)打印出來的產(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打印的未來發(fā)展,將給制造大國中國帶來新的機(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)“中國制造2025”來了;當(dāng)我們正在為3D打印時(shí)代的到來而吶喊時(shí),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(shí),4D打印技術(shù)是在兩年前提出的。2013年2月25號(hào),在美國加州舉辦的TED 2013大會(huì)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(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,還是從當(dāng)前挖掘科技價(jià)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(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《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(dá)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(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,3D打印技術(shù)打印出來的東西是一個(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??偠灾?,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(jiān)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(shí),中國制造業(yè)在全球制造業(yè)總值中所占比例也達(dá)到15.6%,成為僅次于美國的全球第二大工業(yè)制造國。

  時(shí)過境遷,眼下在中國雇用一名工人的花費(fèi),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(dòng)力成本廉價(jià)的優(yōu)勢已不復(fù)存在。與此同時(shí),美國等發(fā)達(dá)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(jìn)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(qiáng)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(fù)擔(dān),并使暫時(shí)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(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,降低開發(fā)新技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn),確保美國企業(yè)致力于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)含量高且為世界客戶所需要的產(chǎn)品。

  與此同時(shí),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(jià)勞動(dòng)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(jī)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(huì)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(tái)打印機(jī),在哪里都可以生產(chǎn)。如此一來,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(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(dòng)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(huì)期間,還專門參觀了荷蘭的“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(jìn)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(shí)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(rèn)為“技術(shù)的進(jìn)步會(huì)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(diǎn),人類未來的經(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,中國獲得了一個(gè)千載難逢的機(jī)會(huì):一個(gè)可以與美國、德國平等競爭、同臺(tái)亮相的機(jī)會(huì)。因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域中,前無古人。無論大企業(yè)、小企業(yè),都在一個(gè)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(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(jī),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(shí)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(shí)體制造工藝方面有優(yōu)勢,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(rèn),我國尚缺乏一個(gè)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(xiàn)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(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,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(yùn)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(jìn)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(xiǎn)。

  我國正在大力推進(jìn)實(shí)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(jià)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(dòng)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(dòng)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(qiáng)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(qiáng)國的主要保障。

  4D打印下的未來“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)。不論是對于當(dāng)下的購物商場,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。桌面級打印機(jī)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(gè)人用戶在4D打印時(shí)代所扮演的角色是多元的,既是用戶、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)前無法想象的全新面貌。


本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點(diǎn)。轉(zhuǎn)載的所有的文章、圖片、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認(rèn)版權(quán)者。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,請及時(shí)通過電子郵件或電話通知我們,以便迅速采取適當(dāng)措施,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。聯(lián)系電話:010-82306118;郵箱:aet@chinaaet.com。