4D打印

4D打印系在3D打印技术的基础上，运用先进材料技术，实现产品随环境和需要的性能和性质转变。本书全面介绍了4D打印的技术概要，研究现状，主要特征和可能存在的问题，并深入分析了4D打印对经济、社会和人类生活的影响。

水木然，媒体人。喜欢研读历史、经济、哲学。曾担任凤凰网专栏作者，现在移动互联网领域创业。目前自营新媒体营销策划公司。

前言
第1部分 4D时代
第1章 让大家成为“上帝”
第2章 2D打印：中国奉献世界的印刷术
第3章 3D打印：从创造“集中”到创造“发散”
第4章 4D打印：3D打印的沿袭和升华
第2部分 4D打印，第四次工业革命的标志
第5章 第一次工业革命，“规模制造”与欧洲兴起
第6章 第二次工业革命，“科学制造”与世界大战
第7章 第三次工业革命，“网络制造”进入人类视野
第8章 第四次工业革命，“智能制造”时代即将到来
第3部分 4D打印， 帮助传统企业实现 “互联网+” 战略
第9章 4D打印，加快“互联网+”战略实现
第10章 4D打印，如何协助传统企业互联网化
第11章 定制模式，电子商务未来的发展趋势
第12章 大数据信息化，4D打印商业模式的基础
第13章 分布式制造，彻底打通互联网和制造业
第14章 4D打印，“云计算”的一个成功案例
第4部分 4D打印，推动生活大变革
第15章 4D打印时代，“山寨”货还存在吗
第16章 4D打印时代，网购尚能饭否
第17章 4D打印，中国新一轮造富运动的起点
第5部分 4D打印时代，中华民族伟大复兴
第18章 国际政治经济格局新变动
第19章 4D打印技术，改变世界格局的源动力
第20章 中国应借助3D、 4D打印技术实现民族全面复兴
第6部分 4D打印，我们应该做好哪些准备？
第21章 国家应为4D打印保驾护航
第22章 4D打印，从“中国智造”到“中国创造”
参考文献

万事万物，周而复始。这个世界有它自己的客观规律，人类自诞生以来就不断地去适应和探索，力争摸清规律，顺势而为。直到4D打印的出现，人类开始“修改”世界。 为什么这样说呢？或许科技才是这个时代最好的信仰，它的革命性成果总会让我们瞠目结舌。 2D、3D、4D，看起来像个等差数列。2D打印，即在平面上打印，最早是由中国人发明的，印刷术是中国四大发明之一，直到现在我们还经常使用2D打印，比如在纸上打印文档或简历；新兴的3D打印则是在2D打印的基础上加上了一个立体的维度，可以打印立体的物体；而4D打印增加的这个“D”代表的是时间，即打印出来的物体增加了一个“时间维度”。4D打印能够打印出随时间变化而变化的物体，这个物体可以适时而变。 从2D到3D是量变，而从3D到4D却是质变，为什么这么说呢？这是因为3D物体是静态的，需要人工控制，而4D物体能够自动对环境做出反应，自行组装、修补或变形。4D打印将人类制造业扩展至时间维度上。它通过使用对热量、水或者压力敏感的特殊材质来生产增材制造产品，这些产品即使从4D打印机中生产出来很久了，也还能依据环境情况采用非常具体、有目的的方式自动改变形状。在某些情况下，有些物品甚至能恢复到它们原来的形状。这些都属于第四度空间的制造业大革命——打印根据编程随时间而变化的物体。 时间维度时间维度，这个词看起来好像很熟悉。记得牛顿的经典力学吗？经典力学可以反映出三维空间里所有低速物体的运动规律，在爱因斯坦诞生以前，这就是普世真理。但后来爱因斯坦认为，世界并非我们原先所认识的世界，它其实是由空间和时间构成，即：时空，比原来的三维空间的长、宽、高三条轴外又多了一条时间轴，于是真理又前进了一步，这就是“时间维度”的革新之处。 很多科幻电影里的场景正在逐一实现。一根拐杖在下雨的时候就变成了雨伞；房屋建筑可以自动“长”出屋顶、承重墙；在《变形金刚》里，一辆汽车可以瞬间变成机器人……3D打印方兴未艾，4D打印渐行渐近，未来已来！在我们还在为3D打印惊叹之际，殊不知4D打印正在酝酿时机，以待一鸣惊人。美国陆军已经利用3D打印技术研发用于阿富汗前线的新装备，而4D打印技术可以让军方制造出能适应各种地形的车辆，或能发现有毒气体的制服。 美国“神经系统”（Nervous System）设计工作室利用增材制造技术制作成世界上首件4D打印连衣裙。“神经系统”设计工作室声称，这件4D连衣裙通过3 316个连接点把2 279个打印块连在一起，堪称为模特量身定制。 每个人都是一台4D打印机其实每个人都是蛋白质分子按照基因密码的预先设定，组合形成各种细胞和组织，最后靠“4D打印”完成的“作品”。我们的每一条染色体所蕴藏的基因密码，便是我们这个“产品”最原始的设计程序编码；而我们这一生的成长过程，也就体现着人类这个4D打印物在时间这个第四维度基于环境的“催化”而发生的组织变化。 我们已经开始利用3D打印的心脏、肢体骨架等对人体衰老病变的器官进行替换。4D打印的出现，无疑将给我们带来更多可能的优化方案，如心脏支架的更换，将不再需要“动刀”。对DNA的编辑将给人类永葆健康的梦想打开一扇窗户，而4D打印将是打开这扇窗户的一把金钥匙。 4D打印的市场规模预计到2019年将达到6 300万美元，而到2025年，4D打印市场规模预计将达到5.556亿美元，凑巧的是，《中国制造2025》规划也将在这一年完成。 那么，4D打印究竟会从哪些方面革新传统制造业呢？1. 大幅降低制造成本随着产品精密度的提高，传统制造业的成本会随着部件的复杂程度同比例上涨。而对于4D打印技术来说，产品结构的复杂程度与制造成本不再有直接关系，4D打印对整体产品不同部件进行的一体化打印，以及可变形自组装的产品特征将让组装成本化整为零，这可以最大限度地降低产品的生产制造成本。 2. 个性化制造更容易在传统制造技术条件下，小批量订制的成本一直居高不下，更别说私人订制了。随着4D打印技术的成熟，私人订制的成本会变得低廉。因为在传统制造中被认为是很复杂的结构、工艺，在4D打印面前都将变得简单，尤其体现在成本不会随部件的复杂程度而波动。 3. 产品自动组装4D打印的产品将不再需要厂家或用户自行组装。厂商根据用户的需要，将所制造的产品运送到指定地点放置好后，用户在需要的时候直接给予介质触发，打印物就会实现自动组装，这就取代了当前依赖于人力进行组装搭建或拆解的传统方式，极大程度地降低人力成本。 4. 零库存传统制造业无法避免地会遇到产品库存问题，而4D打印将有效缓解这个难题。厂家根据消费者的想法随时提供产品设计、打印制造的服务，做到“即买即造、即造即销”，真正取代传统的库存销售方式。 5. 创意为王在传统制造业里，设计师最大的痛苦就是创意很“丰满”，而现实制造却很“骨感”。利用4D打印技术，只要设计师能描绘出来的创意构想，都能不折不扣地得到实现，真正做到让设计师创意设计的价值获得充分体现。与3D打印的预先建模然后使用物料成型并不一样，4D打印直接将设计内置到物料当中，简化了从“设计理念”到“实物”的创造过程。让物体如机器般“自动”组装，不需要连接任何复杂的机电设备。 6. 降低制造专业性和人才流失的风险传统制造业总是依赖技术熟练的工人，这就存在所培养的人才流失的风险。而4D打印技术可以大大降低对于复杂制造部件的专业技能要求，并且可以帮助制造者承担相当一部分的“高难度”工艺制作，从而有效降低制造的专业门槛和人才流失的风险。 7. 简化制造环节传统制造业的产品通常由多个零部件组装而成，而不同零部件则需要不同的设备为其配套制造，这就牵扯到分包和管理成本。4D打印只需一台打印机，根据不同的材料以及用户所设定的不同部件形态直接打印不同的部件或整体产品。打印生成的部件或产品还可以通过自我驱动进行组装。 8. 不良产品生产率将成为过去式不良产品生产率是决定着传统制造企业经济效益的关键指标。在4D打印时代，不良产品生产率这个名词将走向历史的终结，而决定着产品能否满足用户需求的关键将被转移至设计端。也就是说未来决定产品是否合格的关键要素不再是制造环节，而是设计环节：一切将由设计师来决定。 不过，4D打印技术还有不少瓶颈需要突破。首先是“催化剂”的问题。在现有的4D打印实验以及一些4D打印技术研发项目中，所有触发变形材料变形的“催化剂”都是水。水作为“催化剂”虽然很常见，成本也很低，但4D打印技术要想进一步普及，就必须开发出更多的“催化剂”，比如声、光、电、热，并对应产品的使用情境，这样4D打印的适用范围才能足够大。