3D打印現實與4D打印未來下的中國機遇與挑戰
時間：2016-01-28 13:54 來源：《中國工業評論》雜志2016年第1 作者：中國3D打印網 閱讀：次
4D打印
3D打印技術打印出來的產品是一個在三維空間里有著固定形態的物品，4D打印創造的產品則能根據我們預先設定的模型程序，在時間的維度里發生變化。3D打印的出現和4D打印的未來發展，將給制造大國中國帶來新的機遇與挑戰。
這個時代的科技發展正在以超越我們有限認知的速度進化，當我們還在為柔性制造吶喊時“中國制造2025”來了；當我們正在為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院的斯凱拉·蒂比茨展示了4D打印技術，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打印技術的提出與3D打印技術熱潮的出現差不多同時發生；但目前大家的關注點幾乎都放在3D打印技術上，忽視了對4D打印技術的關注。事實上，不論我們是向前看科技發展的趨勢，還是從當前挖掘科技價值、探索未來商業的方向來看，4D打印技術都比3D打印技術更具前瞻性和顛覆性，它不僅是一種生產工具的革命，更是一種由生產資料改變而引發未來整個商業生態結構方式改變的一種技術，因而顛覆的將不只是制造技術。
盡管早在2013年美國麻省理工學院就已經展示出了一個關于4D打印技術的實驗，但該技術當時并未引起太大關注。一直到2014年10月8日，美國《外交》雙月刊發表了一篇名為《準備迎接4D打印革命》的文章，才讓很多國家政府層面開始關注4D打印技術，尤其是以美國為首的發達國家，著手在軍事、醫學等領域探索4D打印技及其在這些領域中的應用。
4D打印的核心關鍵就是在3D打印的基礎上增加了一個“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打印技術打印出來的東西是一個在三維空間里有著固定形態的物品，除了使用過程中的自然磨損之外，它的形態是固定不變的。而4D打印則不同，會隨環境變化而自行發生變化，以適應新的環境。4D打印可以根據我們預先設定的模型程序，在時間的維度里發生變化。總而言之，一旦采用了4D打印技術打印產品，由于其具備自變形的能力，就可以直接“剔除”產品的裝配環節。這對當下的制造業將是一種極大的挑戰，尤其是對于作為傳統制造大國的中國來說更是更是一大挑戰。
中國傳統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，中國制造業在全球制造業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勢已不復存在。與此同時，美國等發達國家高調鼓吹“再工業化”、“重振制造業”，客觀上要求其采取能夠促進國內制造業發展的政策，縮小外國競爭者的成本優勢，以增強其制造業吸引力。目前，美國政府已經和正在采取的降低本國制造業成本的措施包括：對海外生產遷返回國的公司予以稅收優惠刺激，對沒有遷返回國的公司征收懲罰性稅款；降低美國制造業的稅收負擔，并使暫時性減稅措施永久化，以提高美國制造業吸引資本和投資的能力；改革醫療保險，降低醫療保險成本；減少管制和司法訴訟成本；實施節能計劃，降低能源成本；鼓勵創新投資，促進技術擴散，降低開發新技術的風險，確保美國企業致力于設計和生產技術含量高且為世界客戶所需要的產品。
與此同時，近30年來幾乎順風順水、打遍天下無敵手的中國制造業，卻遭遇高端技術與低端成本的夾層式壓力。當作為傳統優勢的廉價勞動力不復存在，中國還有哪些優勢繼續維持傳統制造大國地位？
3D、4D打印下的中國機遇與挑戰
3D打印的出現，4D打印的到來，無論對于有著“再工業化”需求的歐美國家，還是要保住傳統制造優勢地位的中國來說，都是一縷希望的曙光。
首先，隨著3D技術的到來，社會制造對產業工人需求的減少將迅速體現出來，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。如此一來，智力成本的附加值在社會生產中所占的比例將會進一步加大。所以，面臨制造業洼地的美國政府，自然尤其看中以3D、4D打印為代表的新技術革命。
奧巴馬曾提議，在全國范圍內，促成一個由多達15個制造創新機構構成的創造創新網絡。這些機構有各自的研究重點，其中之一就是完善3D打印技術（增材制造）的相關標準、材料和設備，以實現利用數字化設計進行低成本小批量的生產。
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創新研究所，主要研發3D打印技術，以帶動制造業創新和增長，重新占據世界工業的領導地位。
2014年3月24日，奧巴馬在荷蘭參加53國領導人核安全峰會期間，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。但現在，高科技正在輕而易舉地恢復過往的風景。
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。
據《美國推進第三次工業革命的戰略及對中國借鑒》一文中的數據顯示：中美之間的實力差距主要體現在創新能力上。2012年，美國的創新技術排名全球第10位，而中國位列第34位。就人力資本和研發能力而言，美國的排名是全球第22位，中國的排名是全球第84位。這當中的差距應該是中國制造業面臨的最大的問題。
在2012年，美國杜克大學的企業家精神與商業化研究中心主任VivekWadhwa在美國的“外交雜志”網站發表過一篇名為《制造業的未來在美國而不在中國》的文章，認為“技術的進步會使中國的制造業迅速衰落，就如同美國制造業迅速衰落的那20年一樣”。按照VivekWadhwa的觀點，人類未來的經濟模式將是創造者經濟，而不再是大規模的工業化生產，取而代之的將是個人化的3D打印為主的生產模式。
在這一特殊時期，在3D打印這個高科技領域，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。因為在這個領域中，前無古人。無論大企業、小企業，都在一個起跑線上開始，不像其他領域那樣，中國企業被國際大公司設下的“專利池”死死地困住。
“3D打印是第三次工業革命的標志之一，也是我國有史以來第一次有機會參與新一次工業革命的興起。”上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院戴戎院士表示，我國的3D打印技術的發展與西方國家相比，差距并不是太大。西方國家能研發多噴頭的打印機，我們同樣能夠做到；西方國家有相關專利，我們的專利也不少；甚至我們的很多打印材料優于西方國家。
從20世紀90年代以來，我國多所高校已經陸續開展了3D打印技術的自主研發。清華大學在現代成型學理論、分層實體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優勢；華中科技大學在分層實體制造工藝方面有優勢，并已推出了HRP系列成型機和成型材料；西安交通大學自主研制了三維打印機噴頭，并開發了光固化成型系統及相應成型材料，成型精度達到0.2mm；中國科技大學自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領域得到應用。
雖然中國與西方國家站到了新興工業革命的同一起跑線上，但不可否認，我國尚缺乏一個讓創新人才成長的土壤和環境，我們的企業家也缺乏那種做事的“執著、敬業和獻身精神”。所以，對于3D、4D打印技術的關注和投入還需要引起高度重視。
目前，國內尚無專業機構從事4D打印，從事3D打印技術的科研單位和企業總數也為數不多，最大的3D打印企業產值僅達億元級，大部分企業集中在1000萬~2000萬元的水平。而且，3D打印技術企業還是采取傳統的工業企業運營模式，走的是生產設備、賣設備的老路。這也導致3D打印在國內的產業化和市場接受度仍然較低，國內3D打印技術研發水平與國外相比仍有差距。
缺乏創新將制約中國3D打印需求的發展。加工制造目前仍然是中國制造業的主流，而產品創意、創新不可能一蹴而就。做大規模與尋求技術創新也存在著矛盾。而中國3D打印設備在物品的打印精度、設備的可靠性方面仍然與國際水平有相當差距，3D打印設備的核心零部件仍然依賴進口。這一產業在發展過程中還要遭遇技術瓶頸、投資撤離等風險。
我國正在大力推進實施工業轉型升級戰略。工業轉型升級，從本質上說是向產業鏈的高價值環節升級，意味著中國工業要從低成本的要素競爭轉向創新驅動的競爭優勢。而要完成工業的產業升級，就必須有三大創新來驅動和支撐：
一是制度創新，制度創新是中國能否成為工業強國的決定性條件；
二是科技創新，科技創新是中國工業能否真正“后來居上”的關鍵因素；三是教育創新，教育創新是中國工業擁有一大批創新型人才建設工業強國的主要保障。
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，而是圍繞著一個社區或者幾個社區配置不同的4D打印機。不論是對于當下的購物商場，還是四處布道的電子商務平臺，當前采用的商業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，用戶可以根據自己的想法打印各自所需要的一般商品，當然也可以將自己的創意通過產品的形式打印出來，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或者個人提供，消費者只需要在物聯網的大數據平臺中提出自己的需求或者想法，大數據平臺就會根據消費者需求進行分析，提供最優的實現方式。因此，一旦真正進入4D打印時代，商業生態將呈現出當前無法想象的全新面貌。
這個時代的科技發展正在以超越我們有限認知的速度進化，當我們還在為柔性制造吶喊時“中國制造2025”來了；當我們正在為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院的斯凱拉·蒂比茨展示了4D打印技術，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打印技術的提出與3D打印技術熱潮的出現差不多同時發生；但目前大家的關注點幾乎都放在3D打印技術上，忽視了對4D打印技術的關注。事實上，不論我們是向前看科技發展的趨勢，還是從當前挖掘科技價值、探索未來商業的方向來看，4D打印技術都比3D打印技術更具前瞻性和顛覆性，它不僅是一種生產工具的革命，更是一種由生產資料改變而引發未來整個商業生態結構方式改變的一種技術，因而顛覆的將不只是制造技術。
盡管早在2013年美國麻省理工學院就已經展示出了一個關于4D打印技術的實驗，但該技術當時并未引起太大關注。一直到2014年10月8日，美國《外交》雙月刊發表了一篇名為《準備迎接4D打印革命》的文章，才讓很多國家政府層面開始關注4D打印技術，尤其是以美國為首的發達國家，著手在軍事、醫學等領域探索4D打印技及其在這些領域中的應用。
4D打印的核心關鍵就是在3D打印的基礎上增加了一個“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打印技術打印出來的東西是一個在三維空間里有著固定形態的物品，除了使用過程中的自然磨損之外，它的形態是固定不變的。而4D打印則不同，會隨環境變化而自行發生變化，以適應新的環境。4D打印可以根據我們預先設定的模型程序，在時間的維度里發生變化。總而言之，一旦采用了4D打印技術打印產品，由于其具備自變形的能力，就可以直接“剔除”產品的裝配環節。這對當下的制造業將是一種極大的挑戰，尤其是對于作為傳統制造大國的中國來說更是更是一大挑戰。
中國傳統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，中國制造業在全球制造業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勢已不復存在。與此同時，美國等發達國家高調鼓吹“再工業化”、“重振制造業”，客觀上要求其采取能夠促進國內制造業發展的政策，縮小外國競爭者的成本優勢，以增強其制造業吸引力。目前，美國政府已經和正在采取的降低本國制造業成本的措施包括：對海外生產遷返回國的公司予以稅收優惠刺激，對沒有遷返回國的公司征收懲罰性稅款；降低美國制造業的稅收負擔，并使暫時性減稅措施永久化，以提高美國制造業吸引資本和投資的能力；改革醫療保險，降低醫療保險成本；減少管制和司法訴訟成本；實施節能計劃，降低能源成本；鼓勵創新投資，促進技術擴散，降低開發新技術的風險，確保美國企業致力于設計和生產技術含量高且為世界客戶所需要的產品。
與此同時，近30年來幾乎順風順水、打遍天下無敵手的中國制造業，卻遭遇高端技術與低端成本的夾層式壓力。當作為傳統優勢的廉價勞動力不復存在，中國還有哪些優勢繼續維持傳統制造大國地位？
3D、4D打印下的中國機遇與挑戰
3D打印的出現，4D打印的到來，無論對于有著“再工業化”需求的歐美國家，還是要保住傳統制造優勢地位的中國來說，都是一縷希望的曙光。
奧巴馬曾提議，在全國范圍內，促成一個由多達15個制造創新機構構成的創造創新網絡。這些機構有各自的研究重點，其中之一就是完善3D打印技術（增材制造）的相關標準、材料和設備，以實現利用數字化設計進行低成本小批量的生產。
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創新研究所，主要研發3D打印技術，以帶動制造業創新和增長，重新占據世界工業的領導地位。
2014年3月24日，奧巴馬在荷蘭參加53國領導人核安全峰會期間，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。但現在，高科技正在輕而易舉地恢復過往的風景。
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。
據《美國推進第三次工業革命的戰略及對中國借鑒》一文中的數據顯示：中美之間的實力差距主要體現在創新能力上。2012年，美國的創新技術排名全球第10位，而中國位列第34位。就人力資本和研發能力而言，美國的排名是全球第22位，中國的排名是全球第84位。這當中的差距應該是中國制造業面臨的最大的問題。
在2012年，美國杜克大學的企業家精神與商業化研究中心主任VivekWadhwa在美國的“外交雜志”網站發表過一篇名為《制造業的未來在美國而不在中國》的文章，認為“技術的進步會使中國的制造業迅速衰落，就如同美國制造業迅速衰落的那20年一樣”。按照VivekWadhwa的觀點，人類未來的經濟模式將是創造者經濟，而不再是大規模的工業化生產，取而代之的將是個人化的3D打印為主的生產模式。
在這一特殊時期，在3D打印這個高科技領域，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。因為在這個領域中，前無古人。無論大企業、小企業，都在一個起跑線上開始，不像其他領域那樣，中國企業被國際大公司設下的“專利池”死死地困住。
“3D打印是第三次工業革命的標志之一，也是我國有史以來第一次有機會參與新一次工業革命的興起。”上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院戴戎院士表示，我國的3D打印技術的發展與西方國家相比，差距并不是太大。西方國家能研發多噴頭的打印機，我們同樣能夠做到；西方國家有相關專利，我們的專利也不少；甚至我們的很多打印材料優于西方國家。
從20世紀90年代以來，我國多所高校已經陸續開展了3D打印技術的自主研發。清華大學在現代成型學理論、分層實體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優勢；華中科技大學在分層實體制造工藝方面有優勢，并已推出了HRP系列成型機和成型材料；西安交通大學自主研制了三維打印機噴頭，并開發了光固化成型系統及相應成型材料，成型精度達到0.2mm；中國科技大學自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領域得到應用。
雖然中國與西方國家站到了新興工業革命的同一起跑線上，但不可否認，我國尚缺乏一個讓創新人才成長的土壤和環境，我們的企業家也缺乏那種做事的“執著、敬業和獻身精神”。所以，對于3D、4D打印技術的關注和投入還需要引起高度重視。
目前，國內尚無專業機構從事4D打印，從事3D打印技術的科研單位和企業總數也為數不多，最大的3D打印企業產值僅達億元級，大部分企業集中在1000萬~2000萬元的水平。而且，3D打印技術企業還是采取傳統的工業企業運營模式，走的是生產設備、賣設備的老路。這也導致3D打印在國內的產業化和市場接受度仍然較低，國內3D打印技術研發水平與國外相比仍有差距。
缺乏創新將制約中國3D打印需求的發展。加工制造目前仍然是中國制造業的主流，而產品創意、創新不可能一蹴而就。做大規模與尋求技術創新也存在著矛盾。而中國3D打印設備在物品的打印精度、設備的可靠性方面仍然與國際水平有相當差距，3D打印設備的核心零部件仍然依賴進口。這一產業在發展過程中還要遭遇技術瓶頸、投資撤離等風險。
我國正在大力推進實施工業轉型升級戰略。工業轉型升級，從本質上說是向產業鏈的高價值環節升級，意味著中國工業要從低成本的要素競爭轉向創新驅動的競爭優勢。而要完成工業的產業升級，就必須有三大創新來驅動和支撐：
一是制度創新，制度創新是中國能否成為工業強國的決定性條件；
二是科技創新，科技創新是中國工業能否真正“后來居上”的關鍵因素；三是教育創新，教育創新是中國工業擁有一大批創新型人才建設工業強國的主要保障。
4D打印下的未來“工廠”
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或者個人提供，消費者只需要在物聯網的大數據平臺中提出自己的需求或者想法，大數據平臺就會根據消費者需求進行分析，提供最優的實現方式。因此，一旦真正進入4D打印時代，商業生態將呈現出當前無法想象的全新面貌。
(責任編輯：admin)
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